Technischer und wirtschaftlicher Vergleich von ... · PDF filedes Tankeinfüllrohres...

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  • Titelseite

    Technischer und wirtschaftlicher Vergleich von Herstellungsverfahren bei der

    Entwicklung von Kunststoffhohlkörpern in Automobilanwendungen

    Von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau der

    Universität Duisburg-Essen

    zur Erlangung des akademischen Grades

    DOKTOR-INGENIEUR

    genehmigte Dissertation

    von

    Martin Reuter

    aus

    Deggendorf

    Referent: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Johannes Wortberg

    Korreferent: Univ.-Prof. Dr. Ferdinand Dudenhöffer

    Tag der mündlichen Prüfung: 12. Dezember 2013

  • Titelseite

  • Vorwort / Danksagung I

    Vorwort / Danksagung

    Die ursprüngliche Idee zum Thema der vorliegenden Arbeit entstand während meiner Bera-

    tertätigkeit für die Firma Geigertechnik GmbH in Garmisch-Partenkirchen (Bayern) bzw.

    Tambach-Dietharz (Thüringen). Dort war ich mit der Projektierung der Produktionsanlagen

    des Tankeinfüllrohres für den neuen VW Passat betraut. Im Zuge dieser Tätigkeit lernte ich

    Herrn Univ. Prof. Dr.-Ing. Johannes Wortberg kennen. Bei der Diskussion verschiedener

    Themen rund um die Herstellung des Tankeinfüllrohres und des Tanks entstand die Frage-

    stellung, wie Entscheidungen für oder wider eines bestimmten Herstellungsverfahrens für

    Kunststoffhohlkörper in der Automobileindustrie generiert werden. Somit war das Thema ge-

    boren.

    Bei der Erstellung der Arbeit standen umfangreiche Interviews mit Vertretern von Materialher-

    stellern, Maschinenlieferanten, Tankproduzenten und Automobilherstellern sowie die Lasten-

    heftanalysen zur Ermittlung der Produkt- und Prozessanforderungen im Vordergrund. Die

    Arbeit basiert auf den persönlichen Erfahrungen bezüglich der Prozesse und Methoden im

    Produktentstehungsprozess und bei der Kunststoffverarbeitung sowie der Literaturrecherche.

    Ein Teil der Arbeit entstand parallel zu meiner Tätigkeit bei der Knorr Bremse - Systeme für

    Nutzfahrzeuge GmbH. Dort entwickelte ich den Produktentstehungsprozess und den „cross

    functional approach“, der auch in dieser Arbeit als multifunktionaler Ansatz zum Tragen

    kommt.

    Herr Univ.-Prof. Dr.-Ing. Johannes Wortberg – Inhaber des Lehrstuhls für Konstruktionslehre

    und Kunststoffmaschinen der Universität Duisburg-Essen und Leiter des Instituts für Produkt

    Engineering (IPE) – hat mir das Vertrauen geschenkt, dieses Thema im Rahmen eines Pro-

    motionsvorhaben parallel zu meiner beruflichen Tätigkeit durchzuführen und war bereit mich

    bei der wissenschaftlichen Ausarbeitung dieses Themas zu betreuen. Für seine Diskussions-

    bereitschaft, die wohlwollende Förderung und die gewährten Freiräume, möchte ich mich in

    ganz besonderer Weise bedanken.

    Herrn Univ.-Prof. Dr. Ferdinand Dudenhöffer – Inhaber des Lehrstuhls für Allgemeine Be-

    triebswirtschaftslehre und Automobilwirtschaft an der Universität Duisburg-Essen und Grün-

    der und Direktor des CAR - Center Automotive Research – danke ich für die Übernahme des

    Korreferates.

    Besonders bedanke ich mich bei allen Gesprächspartner und Unternehmen, die für zahlrei-

    che, informative und ausgedehnte Gespräche zu Verfügung standen. Insbesondere danke ich

    Herrn Albert Böcker von TI Automotive und Herrn Dr.-Ing. Ulrich Karsch von Kautex Textron

    sowie Dr.-Ing. Mark Polifke und Dr. Günther Požgainer von Magna Steyr Fuel Systems sei-

    tens der Tankhersteller. Udo Strathoff, Reinhold Krischke und Gary Watt von der BMW AG

    danke ich für die interessanten Beiträge aus dem Bereich der Entwicklung und Herstellung

    von Kraftstoffsystemen aus der Sicht eines Fahrzeugherstellers. Außerdem bedanke ich mich

    bei den Maschinenherstellern, bei den Herren Heiko Woop und Rene Vanmarcke von Kautex

    Maschinenbau sowie bei Werner Pawlowski und Johannes Schwarz von BEKUM. Ebenso

    danke ich Thomas Lindner von LyondellBasell.

  • Vorwort / Danksagung II

    Darüber hinaus bedanke ich mich bei meinem geschätzten Kollegen Herrn Dr. Gerhard

    Müller-Spanka und bei Nina Petrasch für die kritische Durchsicht der Arbeit sowie Hubertus

    Koch, Dai Rujing und Alexander Mainusch, die durch das Anfertigen von Diplomarbeiten

    einen Beitrag zu dieser Arbeit geleistet haben.

    Ich danke meinen Eltern Mathilde und Martin Reuter, welche die Grundlage für meinen per-

    sönlichen und beruflichen Werdegang geschaffen und mich stets unterstützt haben. Mein

    aufrichtiger Dank gilt meiner Lebensgefährtin Birgit Siegl, ohne deren Verständnis, Geduld

    und Verzicht und ohne deren aufmunternden Worte diese Arbeit nicht möglich gewesen wäre.

    Bad Tölz im Dezember 2013 Martin Reuter

  • Inhaltsverzeichnis III

    Inhaltsverzeichnis

    Vorwort / Danksagung .......................................................................................................... I

    Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................... III

    Abkürzungsverzeichnis ..................................................................................................... VI

    Formelzeichen und Einheiten .......................................................................................... VIII

    1 Einleitung ......................................................................................................................... 1

    1.1 Ausgangssituation .................................................................................................... 1

    1.2 Fokus der Arbeit und Zielsetzung ............................................................................. 3

    1.3 Aufbau der Arbeit ...................................................................................................... 4

    2 Analyse der technisch und wirtschaftlich orientierten Methoden im Produktentstehungsprozess ........................................................................................... 7

    2.1 Methoden der Produktentwicklung ............................................................................ 7

    2.1.1 Einordnung der Produktentwicklung / Begriffserläuterungen ......................... 7 2.1.2 Produktentwicklung / Konstruktionsmethodik (VDI) ....................................... 8 2.1.3 Prozessmodelle für die Produktentwicklung (VDA) ........................................ 9 2.1.4 Projektmanagement (PM) ............................................................................ 11 2.1.5 Integrierte Produktentwicklung - Simultaneous Engineering ........................ 11 2.1.6 Produkt- und Qualitätsplanung .................................................................... 12 2.1.7 Reifegradabsicherung für Neuteile VDA-QMC ............................................. 17 2.1.8 Anforderungsmanagement (engl. Requirements Management) ................... 18

    2.2 Methoden der Produktionsplanung und des Technologiemanagement ................... 18

    2.2.1 Technologiemanagement und Technologie Road Mapping ......................... 18 2.2.2 Prozessentwicklung und Produktionsplanung .............................................. 20 2.2.3 Design for Manufacturability (DfM) und Herstellbarkeitsanalyse .................. 22

    2.3 Methoden der betriebswirtschaftlichen Bewertung .................................................. 24

    2.3.1 Einordnung der betriebswirtschaftlichen Methoden ..................................... 24 2.3.2 Investitionsrechnung ................................................................................... 25 2.3.3 Methoden der Kalkulation und Kostenrechnung .......................................... 26

    2.4 Methoden der Entscheidungsfindung ...................................................................... 28

    2.4.1 Einordnung der Methoden der Entscheidungsfindung ................................. 28 2.4.2 Checklistenverfahren ................................................................................... 29 2.4.3 Paarweiser Vergleich / Dominanzmatrix ...................................................... 29 2.4.4 SWOT-Analyse (Stärken-Schwächen-Analyse) ........................................... 30 2.4.5 Technisch-wirtschaftliche Bewertung nach VDI 2225 .................................. 31 2.4.6 Nutzwertanalyse (NWA) .............................................................................. 32

    2.5 Analyseergebnisse und Defizite der Methoden ....................................................... 34

    3 Entwicklung einer ganzheitlichen und generischen Methode zur Bewertung von Herstellverfahren ........................................................................................................... 37

    3.1 Anforderungen an eine Methode zum technisch-wirtschaftlichen Vergleich von Herstellungsverfahren ............................................................................................. 37

    3.2 Einbettung der Methode in den Produktentstehungsprozess .................................. 39

    3.3 Multifunktionaler Ansatz, interdisziplinäres Team, integriertes System ................... 41

    3.4 Prozessschritte und Aufgabenfelder der Fachbereiche ........................................... 43

    3.5 Generisches Prozessmodell bei der Auswahl von Herstellungsverfahren ............... 43