Werkzeugmaschinen I - TUHH · EWZM.1 09.11.2008 Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack Inhalte...
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EWZM.109.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Inhalte
Werkzeugmaschinen IWerkzeugmaschinen I(Grundlagen)
EinfEinfüührunghrung
Gestelle und GestellbauteileGestelle und Gestellbauteile
FFüührungen und Lagerhrungen und Lager
HauptantriebeHauptantriebe
GetriebeGetriebe
VorschubantriebeVorschubantriebe
SteuerungenSteuerungen
Schwingungen an WZMSchwingungen an WZM
EWZM.209.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
EinfEinfüührunghrung
EWZM.309.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Urformen Umformen Trennen Fügen BeschichtenStoffeigen-schaftenändern
Fertigungsverfahren zur Metallbearbeitungnach DIN
Zerteilen Spanen mitgeometrischunbe-stimmtenSchneiden
Abtragen Zerlegen ReinigenSpanen mitgeometrischbestimmterSchneiden-form
Fertigungsverfahren
Rall
EWZM.409.11.2008
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Fertigungs-anlagen zumUrformen
WZM zumTrennen
Holzbearbeitung MetallbearbeitungBearbeitung anderer
WerkstoffeFertigungsverfahren entsprechend DIN 8580
Fertigungs-anlagen zumUmformen
Fertigungs-anlagen zumTrennen
Fertigungs-anlagen zumFügen
Fertigungs-anlagen zumBeschichten
Fertigungs-anlagen zumStoffeigen-schaftenändern
Zerteilende WZM
ScherenSchneidpressen
Spanende WZM mit geometrischbestimmter
Schneidenform
DrehmaschinenBohrmaschinenFräsmaschinen
....
....
SchleifmaschinenHonmaschinenLäppmaschinen
....
Funkenerosion
...
...
...
Spanende WZM mit geometrisch
unbestimmten Schneiden
Abtragende WZM
Werkzeugmaschinen (WZM) entsprechend DIN 69651
Spanende WZM
Rall
EWZM.509.11.2008
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Monforts
Drehmaschine
EWZM.609.11.2008
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Hausbuch der Mendel`schenZwölfbrüder Stiftung
Hauptantrieb
Vorschubantrieb
Steuerung
Drechsler an der Wippendrehbank (um 1425)
Rall
EWZM.709.11.2008
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Nasmyth/Malschoss
zum Hauptantrieb (Dampfmaschine)
Kreuzschlitten
“Werbung” für den Maudslay - Kreuzsupport (1841)
Rall
EWZM.809.11.2008
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Spannvorrichtung
Kreuzschlitten
Reitstock
Lünette
„Eiserne“ Drehmaschine von Maudslay
Rall
EWZM.909.11.2008
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lose Stufenscheibeund Vorgelege;Roberts 1817
Wechselräder;Maudslay
Zugspindel;Fox vor 1810
Leitspindel;Maudslay vor 1800 Zahnstange;
Fox vor 1830
getrennte Führungen;Fox vor 1830
Planschub;Whitworth 1835
Support;Maudslay vor 1800
Entwicklung der Drehmaschine
Rall
EWZM.1009.11.2008
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Monforts
Produktions-NC-Maschine
EWZM.1109.11.2008
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26801165
Gesamtmasse ca. 5800 kg
Vorschubantrieb x-Richtung
Antrieb Werkzeug-Revolver
Vorschubantrieb z-RichtungIntegrierter Hauptantrieb
Reitstock
Scheibenrevolver
Gildemeister/IFW
Aufbau einer NC-Drehmaschine
Rall
EWZM.1209.11.2008
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Versorgungsmodul mit SteuerungMaschinenschlitten (m = 450 kg)
SpindelmutterZahnriemeni = 0,53
VorschubmotorJ = 160*10-4 kg m2
h = 10 mmd = 40 mml = 4400 mm
v = 0,133 m/s
Prinzipieller Aufbau eines Vorschubantriebes
Rall
EWZM.1309.11.2008
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Werkzeugmaschinen
Energiezuführung
Schaltschrank
x-Schlitten
Ständer
Bett
y-Schlitten
Palettenwechsler Arbeitsspindel und z-Achse
Werkzeugmagazin
Sind Opto-MechatronischeSysteme
EWZM.1409.11.2008
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EWZM.1509.11.2008
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EWZM.1609.11.2008
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Genauigkeit
1. Kinematische Parameter:1. Kinematische Parameter:(Nullage, Fluchtung und L(Nullage, Fluchtung und Läänge)nge)
2. Lage des2. Lage desMaschinenMaschinen--KSKS
3. Temperatur3. Temperatur--äänderungennderungen
4. Gelenk4. Gelenk--verformungenverformungen
5. Element5. Element--verformungenverformungen6. Getriebefehler6. Getriebefehler
7. Lagerspiel7. Lagerspiel
8. Weggeber8. Weggeber
9. Reibung9. Reibung
10. Steuerung:10. Steuerung:(Rundungen und numerische (Rundungen und numerische Verfahrensfehler)Verfahrensfehler)
EW
ZM
.1709.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg W
ollnack
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Erreichbare Fertigungsgenauigkeit [mm]
10
1
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10 -4
10 -3
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10 -6
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Bohrmasch.
Fräsmaschinen
Drehmaschinen
Schleifmaschinen
Präzisionsmaschinen
Honmaschinen
Läppmaschinen
Poliermaschinen
Ultrapräzisionsmasch./ strahlende und elektrochem. Verf.
1765 Zylinderbohrmascine1769 Dampfmaschine
1794 Metalldrehmaschine mit Support1814 Hobelmaschine1818 Fräsmaschine
1832 Walzenschleifmaschine
1850 Beginn der Zerspanungs- forschung in Deutschland1866 Dynamomaschine (Siemens)1872 Einführung des Meters in Deutschland1876 Viertaktmotor1889 Drehstrommotor1900 Taylorscher Scnell- arbeitsstahl1907 Fließband1923 Transferstraße1942 Programmschaltg. An WZM
1953 NC-Drehm.1960 Laser
Erfin
du
ng
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histo
rische E
reign
isse
EWZM.1809.11.2008
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2 -0005 - 1
Entwicklung der Schneidstoffe
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
EWZM.1909.11.2008
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2 - 3355 - 5WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen
dem Arbeits- bzw. Fertigungsverfahren z.B.: zerteilen, spanenoder schmieden
WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen
unterteilt man üblicherweise nach
der Einsatzbreite (Spezial-, Universal- oder Sondermaschinen)
dem Anwendungsfeld (Einzel- oder Massenfertigung)
der Lage der Hauptspindel (horizontal/vertikal)
der Bauart (Schrägbett, Flachbett, Gantry usw.)
der Steuerungsart (manuell, mechanisch, numerisch)
dem Automatisierungsgrad
der Einbindung in den Fertigungsprozess (Einzelmaschine,Mehrmaschinensystem, Transferlinie, flexibles Fertigungssystem)HANSER
EWZM.2009.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3356 - 5
Dieser wird vorwiegend bestimmt durch:Dieser wird vorwiegend bestimmt durch:
das kinematisch-geometrische Grundsystem(Maschinentyp, Gestell, Achsen, Führungen, Lagerungen);
Aufbau von WerkzeugmaschinenAufbau von Werkzeugmaschinen
HANSER
Haupt- und Vorschub-Antriebe, Neben- und Hilfsantriebe;
Werkzeuge (Werkzeugtyp, -aufnahmen, -magazinart);
Werkstücke (Typ, Größe, Spannmittel, Palettengröße);
Peripherie (Hydraulik, Kühlmittel, Verkleidung, Sicherheit);
Automatisierung (Werkzeug- und Werkstückwechsler);
Zusatzeinrichtungen (Werkzeugbruchkontrolle, Messsysteme,Zusatzkühlung, Fehlerkompensationen);
Steuerung (manuell, mechanisch, elektronisch, NC);
EWZM.2109.11.2008
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2 - 3354 - 5
Eine Werkzeugmaschine ist eine Arbeitsmaschine, die ein Werkzeug an einem Werkstück unter gegenseitig bestimmter Führung zur Wirkung bringt(nach O. Kienzle).
ist unabhängig von Technologie und Bauart der Maschine;
WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen
Diese DefinitionDiese Definition
grenzt ab gegen Maschinen zur Handhabung von Werkstücken
konkretisiert den Anwendungsbereich auf die Fertigungmechanischer Komponenten.
DefinitionDefinition
HANSER
EWZM.2209.11.2008
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EWZM.2309.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Lernen durchLernen durch
Nacharbeiten, Nacharbeiten, ÜÜben undben und
Wiederholen !Wiederholen !
EWZM.2409.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Wahrnehmung
ModellbildungPlanung
Aktion
MotorischeSteuerung
LangzeitgedLangzeitgedäächtnis undchtnis undneuronale Verknneuronale Verknüüpfungen benpfungen benöötigentigenWiederholungen durch NacharbeitenWiederholungen durch Nacharbeiten
Lernen und Erinnern
EWZM.2509.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Erinnerungsquoten
20 %
30 %
50 %
70 %
90 %
Hören
Sehen
Hören und Sehen
Hören, Sehen und Diskutieren
Hören, Sehen, Diskutieren und Tun
Handbuch Hochschullehre
EWZM.2609.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Matlab-Class-Room-Lizenz zum Üben
EWZM.2709.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
http://www.tuhttp://www.tu--harburg.de/ft2/woharburg.de/ft2/wo
LehrunterlagenLehrunterlagen
Formelsammlung etc.Formelsammlung etc.
ÜÜbungsaufgabenbungsaufgaben
Internet
EWZM.2809.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Wirtschaftliche BedeutungWirtschaftliche Bedeutung
EWZM.2909.11.2008
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9 - 2190 - 8
Wirtschaftsgruppen in Deutschland 2002
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
VDMA
900 750 600 450 300 150 0 0 50 100 150 200 250
Straßenfahrzeugbau
Chemische Industrie
Beschäftigte in 1000 Umsatz in Mrd. EURWirtschaftsgruppen
Maschinenbau
Elektrotechnik
Ernährungsgewerbe
EWZM.3009.11.2008
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EWZM.3109.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3500 – 7Quelle: VDW
51 – 100 21,7 (22,8) 6,1 (6,5) 5,3 (5,1)
2005 (2004)
Zahl der Beschäftigten Betriebe Beschäftigte Produktion
1 – 50 15,9 (15,2) 1,3 (1,1) 0,9 (0,7)
2005 (2004) 2005 (2004)
101 – 250 26,1 (28,3) 15,5 (17,6) 13,8 (15,9)
251 – 500 21,7 (17,9) 28,0 (23,5) 27,6 (24,4)
501 – 1000 10,1 (12,4) 24,1 (29,9) 26,4 (33,3)
> 1000 4,3 (3,4) 25,1 (21,3) 26,1 (20,6)
Gesamt 100,0 (100,0) 100,0 (100,0) 100,0 (100,0)
Deutsche Werkzeugmaschinenindustrie nach Betriebsgrößenklassen (%-Anteil)
EWZM.3209.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3501 – 7Quelle: VDW
Feinmechanik und Optik2%
Sonstige3%
Sonstiger Fahrzeugbau, Schiffbau2%
Luft- und Raumfahrt2%
Elektroindustrie3%
Lohnarbeit8%
Metallerzeugung- und -bearbeitung, Metallerzeugnisse
9%
Maschinenbau18%
Automobilzulieferer21%
Automobilindustrie32%
Abnehmerbranche der deutschen Werkzeugmaschinenindustrie
EWZM.3309.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3498 – 7
Werkzeugmaschinen-Produktion: Top-8-Länder weltweit
Quelle: VDW
Italien
Taiwan
Südkorea
China
Deutschland
Schweiz
USA
2006 2005
Produktion spanende Maschinen in Mio.EUR
2090
9325
60605848
41413215
23771963
2276
22792236
2057
2240
9506
19351826
Japan
2006 2005
Italien
Taiwan
Südkorea
China
Deutschland
Kanada
USA
Japan
551
21101893
1434884
12671287
663
924859
677
608
365305
20332140
Produktion umformende Maschinen in Mio.EUR
EWZM.3409.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 2191 - 4
Welt - Werkzeugmaschinen - Produktion (Top 10)
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
2001
2000
Mrd. EUR
8,79,6ohne Teileu. Zubehör
8,37,6
4,64,6
3,74,3
2,62,4
2,22,3
1,82,0
1,00,90,91,1
0,90,9Frankreich
Südkorea
Spanien
Taiwan
Schweiz
China
USA
Italien
Deutschland
Japan
VDW
EWZM.3509.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 -2593 - 1
Zukünftige Marktführer im Jahr 2010
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
A u to m o b il-in d u s tr ie
B ü ro te c h n ik
C h e m ie
E D V
M a s c h in e n -b a u
M ik ro -e le k tro n ik
Te le k o m m u -n ik a tio n
V e rke h rs le itsys te m e
D ru cke r
Te le fo n e
G e n te ch n ik
C o m p u te r
N e tzw e rk e
W e rk ze u g m a sch in e n
A u to m a tis ie ru n g s te ch n ik (C IM )
P ro ze ss o re n
M o b ilfu n k
P e rso n e n w a g e n
Te le fa x
K o p ie re r
B io te ch n ik
P h a rm a
S o ftw a re
S p ra ch - u n d B ild v e ra rb e itu n g
L a se r te ch n ik fü r M a te r ia lb e a rb e itu n g
S p e ich e rch ip s
S p e z ia lch ip s (A s ic )
V e rm ittlu n g s te ch n ik
H e rs te lle r a u s ... U S A J a p a n D e u ts c h -la n d
a n d e r.e u ro p .
S ta a te n0
0
4
1 2
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6 0
9 2
2 5
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3 3
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7 5
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0
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0
0
9
4
EWZM.3609.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 2809 - 0
Die 20 größten deutschen Werkzeugmaschinen-Hersteller
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
mi Verlag
1 836
1 400
960 870
770 590500
493 460
425
393 368
337
265262226220192
177
150
Thyssen Production SystemsTrumpf Gruppe
Schuler PressenGildemeister
Ex-Cell-O/Boeringer
Index-WerkeMesser Griesheim
Müller WeingartnerHeller
Grob-WerkeSchleifring
IngersollChiron
Burkhard + WeberLiebherr
DS TechnologieEmag
Klingelnberg-Oerlikon-GruppeAlfing-Gruppe
Umformtechnik Erfurt
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Stand: Oktober 1998
EWZM.3709.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 2810 - 0
Die größten Herrsteller von Werkzeugmaschinen weltweit
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
mi Verlag
Rangliste nach Umsatz im Jahr 1998 in Mio US-Dollar
Thyssen Produktion Systems (D)Jamazaki Mazak (J)
Amada (J)
Trumpf (D)
Okuma (J)
Unova (USA)
Mori Seiki (J)
Fuji Machine Manufacturing (J)
Comau Gruppe ( I)
Toyoda (D)
Gildemeister Gruppe (D)
Schuler Gruppe (D)
1492
1290
1027
972
896
833
813
770
699
674
645
575
EWZM.3809.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3496 – 7
Deutscher Werkzeugmaschinen-Export: Wichtige Absatzmärkte
Quelle: VDW
2002 2003 2004 2005 2006
1000
800
600
400
200
0
China
USA
Italien
Frankreich
Österreich
SchweizRussland
China
Österreich
Schweiz
USA
Entwicklung der Top-4-Märkte (Mio. EUR)Top-10-Absatzmärkte 20062005
Mio. EUR
846792
793791
359256
354292
348336
322374
318206
EWZM.3909.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 -0003 - 1
Werkzeugmaschinen-Produktion (Deutschland)
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
0
4
8
12
16
20
Mrd. DM
Produktion = Export + Inlandsabsatz
Inlandsabsatz2001 = 8,7 Mrd.(+10%)
Export2001 = 11,1 Mrd.(+10%)
VDW, VDMA, Statistisches Bundesamt
EWZM.4009.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 2543 - 4TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Einfluß der Durchlaufzeiten und Entwicklungskosten auf den möglichen Gewinn
Gewinnschmälerung über dievolle Marktverweildauer einesProduktes, welches in hoherStückzahl auf einem wett-bewerbsorientierten Markt vertrieben wird.
33 %
Marktfenster um6 Monate verpaßt 3,5 %
Überschreitung derEntwicklungskosten um 50%
EWZM.4109.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 0004 - 5
Bezogene Lohnkostenwichtiger Produktionsländer
Hamb. Abendbl. Jan.95
TUHHPROF.DR.K.RALL
ArbeitsbereichWerkzeugmaschinen undAutomatisierungstechnik
(Fertigungstechnik II)TECHNISCHE UNIVERSITÄT
HAMBURG - HARBURG
Lohnkosten jeArbeitsstunde incl.
Nebenkosten[DM]
44,00
22,05
28,00
36,00
ca. 25
ca. 27
ca. 25
Produktivität
[%]
100
61
90
106
75
99
97
Leistungswert
[ ]
44,00
36,14
35,44
33,96
33,33
27,27
25,77
Deutschland (West)
Großbritannien
USA
Japan
Italien
Niederlande
Frankreich
EWZM.4209.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2- 3401 - 5
Lohnkosten (wichtiger) Produktionsländer
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
IdW Köln 2004
D
Stundenlohn Personalzusatzkosten
D
USA
CZ
UK
CH
ILR
PL
16,66 8,65
13,61 6,27
13,45 5,34
12,98 5,78
2,45 2,04
2,08 1,21 3,29
4,49
17,15
18,76
18,79
19,89
25,31
27,6079%
52%
46%
40%
45%
65%
83%
58%
EWZM.4309.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
GrundpfeilerGrundpfeiler
derder
FertigungstechnikFertigungstechnik
undund
BeurteilungBeurteilung
von WZMvon WZM
EWZM.4409.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2- 0858 - 4TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Grundpfeiler der FertigungstechnikKienzle
Hau
ptte
chnol
ogi
e
Feh
lert
echn
olog
ie
Wirt
schaf
tlich
keit
Men
sch-
Um
wel
t-Te
chno
logi
e
Fertigungstechnik
EWZM.4509.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2- 1194 - 4TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Haupttechnologie
Größenbereich der Werkstücke
Formenbereich der Werkstücke
Arten des Formens
EWZM.4609.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2- 3064 - 5TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Passfedernut
EWZM.4709.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3364 - 5
Beispiele fBeispiele füür Komplettbearbeitung durch Drehen, Frr Komplettbearbeitung durch Drehen, Frääsen, Bohren, Gewinden etc. aus sen, Bohren, Gewinden etc. aus StangenmaterialStangenmaterial
STAMA
EWZM.4809.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2- 1195 - 4TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Fehlertechnologie
Paßsysteme
Austauschbarkeit
Fehlermöglichkeiten
Qualität der Erzeugnisse
EWZM.4909.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
EWZM.5009.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3359 - 5
Abnahmeteile fAbnahmeteile füür Frr Frääsmaschinensmaschinen
NC-Gesellschaft e.V.
EWZM.5109.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Urformen
Hauptgruppe
Fertigungsverfahren
Benennung
Erreichbare gemittelte Rauhtiefe R in µm ( 1µm=0.001mm)
z
Umformen
Trennen
Druckgießen
Feingießen
Gesenkschmieden
Strangpressen
Walzen
Längsdrehen
Plandrehen
Schleifen
Honen
Läppen
Polieren
Fertigungsverfahren und die damit erreichbaren OberflFertigungsverfahren und die damit erreichbaren Oberfläächengchengüütenten
Wolters
EWZM.5209.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
EWZM.5309.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
EWZM.5409.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 1198 - 7
Verkürzung der Verteilzeiten
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Unfallsichere Gestaltung
SpäneabfuhrSelbsttätigeSchmierung
Überlast-sicherungen
Verriegelungen
EWZM.5509.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 1199 - 9
Verkürzung der Rüstzeiten
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Werkzeugvoreinstellung
Schnellwechselwerkzeughalter
Schnellwerkstückspanneinrichtungen
Gute Zugänglichkeit
NC - Steuerungen
EWZM.5609.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
EWZM.5709.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
VorbereitungskostenK K K
K Kosten für werkstückgebundene Vorrichtungen und Meßmittel
K Kosten für Fertigungsplanung, Originalpapiere, Konstruktion
V O S P L
S
P L
= +
AuftragswiederholkostenK K K t K K
K Maschinenstundensatz
K Lohnkosten incl. Lohnnebenkosten
t Rüstzeit
K Rüstkosten außerhalb der Maschine
K Kosten für Fertigungssteuerung
AW M H LH r R A T
M H
LH
r
R A
T
= ( + ) + +
EinzelkostenK t K K K
t Stückzeit
K Werkzeugverschleißkosten (incl. Kühlmittelkosten)
E K e M H LH W H
W H
= ( + + )
e
FolgekostenKosten von Qualitätsprüfung, Ausschuß und Lagerung
2- 3115 - 3TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Herstellkosten: Kostenanteil
EWZM.5809.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 1717 - 5TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Definition des Maschinenstundensatzes
=
wobei:
KMH
NT
AK ZK RK EK IK++++
NT = jährliche Nutzungszeit
K MH = Maschinenstundensatz in DM/h
AK = Abschreibungskosten/Jahr
ZK = Zinskosten/Jahr
RK = Raumkosten/Jahr
EK = Energiekosten/Jahr
IK = Instandhaltungskosten/Jahr
EWZM.5909.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL 2 - 3407 - 5
IFW
”Life Cycle Costs”
Zeit
Kosten(kumuliert)
Gesamtkosten beilebenszyklus-orientierterProduktentwicklung
Gesamtkosten beiherkömmlicherProduktentwicklung
Anschaffung Installation Betrieb und Instandhaltung Ausmusterung
EWZM.6009.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 1377 - 8
Verfahren der quantitativen Wirtschaftlichkeitsrechnung
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
DynamischeVerfahren
Kapitalwertmethode
Annuitätenmethode
Interne Zinsfußmethode
StatischeVerfahren
Kostenvergleichsrechnung
Gewinnvergleichsrechnung
Rentabilitätsrechnung
Amortisationsrechnung
EWZM.6109.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
EWZM.6209.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
EWZM.6309.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Kennzahlen
Kennzahlen dienen zur Quantifizierung von wissenschaft-lichen Sachverhalten als absolute oder relative Größen. Es geht dabei um die Erfassung der wesentlichen Gesetzmäßig-keiten, die sich für eine Systemanalyse, -synthese oder -opti-mierung nutzen lassen. Bei Geschäftsprozessen ermögli-chen diese erst eine Messbarkeit und Optimierung der-selben.
Die im Folgenden erörterten Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen sollten in diesem Sinne verstanden werden, weil sowohl die strukturelle Modellierung der Prozesse als auch die Prädik-tion der Zukunft mit mehr oder minder großen Unsicherheiten behaftet ist.
EWZM.6409.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Auf- und absteigende dynamische Analysen I
( )1 1i i iK K q+ = +( )
1
1i
ii
KK
q+=
+
aufsteigendeaufsteigendePeriodenPerioden--
verzinsungverzinsung
absteigendeabsteigendePeriodenPerioden--
verzinsungverzinsung
t t
Gegenwart Zukunft Gegenwart Zukunft
Kennzahlen bewerten dasErgebnis in der Zukunft
Kennzahlen bewerten dasErgebnis in der Gegenwart
EWZM.6509.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Eine Investitionsentscheidung erfolgt in der Gegenwart, Eine Investitionsentscheidung erfolgt in der Gegenwart, weshalb die absteigende Analyse im Allgemeinen weshalb die absteigende Analyse im Allgemeinen
vorgezogen wird. vorgezogen wird.
Auf- und absteigende dynamische Analysen II
EWZM.6609.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
R
0
:= Kapital in Währungseinheiten in -ter Periode (Jahr)
:= Restschuld in Währungseinheiten in -ter Periode (Jahr)
:= Investitionskapital in Währungseinheiten
:= jährliche Annuität in Währungsein
n
n
K n
K n
K
A
z
p
A
heiten
:= Zinssatz pro Periode
:= Inflationsrate pro Periode
:= Zinssatz der Kapitalanlage pro Periode
:= Gewinn in Währungseinheiten
:= Einnahmen in Währungseinheiten
:= Lasten in Währungseinheite
q
q
q
G
E
L
S
n
:= Reparaturkosten in Währungseinheiten
:= Wartungskosten in Währungseinheiten
:= Summe weiterer Kosten in Währungseinheiten
(Lohn-, Lohnneben-, Gebäude- usw.)
R
W
K
Variablen
EWZM.6709.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
( )( )( ) ( )( )( )( ) ( )( ) ( )
( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )
( )
R 0 0
R1 0 z1 1
R 2 0 z1 z 2 1 z2 2
R3 0 z1 z2 z3 1 z2 z3 2 z3 3
R 0 z1 z2 z
1 z2 z
2 z3 z
1 z
Periode
0
1 1
2 1 1 1
3 1 1 1 1 1 1
1 1 1
1 1
1 1
1
n n
n
n
n n
n
K K
K K q A
K K q q A q A
K K q q q A q q A q A
n K K q q q
A q q
A q q
A q
A
−
=
= + −
= + + − + −
= + + + − + + − + −
= + + +
− + +
− + +
−
− +
−
Restschuld einer Investition I
EWZM.6809.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Restschuld einer Investition II
R T0nK n= →
Tilgung nach Tilgung nach nT PeriodenPerioden
( ) ( )1
R 0 z T T z11 1
1 , mit 1n nn
n i n n n t itt i t
K K q K K A A q−
== = +
= + − = + +∑∏ ∏
EWZM.6909.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
( )( )( ) ( )( )( ) ( ) ( )( )
( )
( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )
0 0
1 0 A1 1
2 0 A1 A 2 1 A 2 2
3 0 A1 A2 A3 1 A 2 A3
2 A3 3
0 A1 A
1 A2 A
2 A3 A
A 1 A
Periode
0
1 1
2 1 1 1
3 1 1 1 1 1
1
1 1
1 1
1 1
1 1
n n
n
n
i i n n
K G
K G q G
K G q q G q G
K G q q q G q q
G q G
n K G q q
G q q
G q q
G q q G+
=
= + +
= + + + + +
= + + + + + +
+ + +
= + +
+ + +
+ + + +
+ + + + +
Aufsteigender Kapitalwert einer Investition I
EWZM.7009.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
( )1
A0 1
1nn n t
n n t it i t
K G G q− −
= = +
= + +∑ ∏
E RI Rn n n nK K K K= + −
t t tG E L= −
( )R 0 z T1
1n
n i nt
K K q K=
= + −∏
( )1
T z1 1
1nn
n n t it i t
K A A q−
= = +
= + +∑ ∏
St t t tL A R W K= + + +
Kapitalwert (n-tes Jahr):
Verzinster Gewinn:
Investschuld:
Periodengewinn:
Periodenlasten:
Aufsteigender Kapitalwert einer Investition II
Restwert Investition: RI 0 A1
0n
n tt
K K K=
= − ≥∑
EWZM.7109.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Absteigender Kapitalwert einer Investition
Die absteigende Analyse kann wegen der Isomorphie1 direkt durch Struktursubstitution ohne weitere Beweise entwickelt werden, indem man in den Gleichungen durch ersetzt. Wir nutzen hier letztlich eine wichtige ökonomische Methode der wissenschaftlichen Beweisführung, da nicht die Symbole, sondern die Strukturen Träger der Informationen sind.
( )A1 iq+( )A1 1 iq+
1 gleichförmig, von gleicher Gestalt
EWZM.7209.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Inflationskorrigierter Kapitalwert
( )( )( )( )( )( )
( )
0
1 0 P1
2 0 P1 P2
3 0 P1 P2 P3
0 P1
Periode
0
1 1
2 1 1
3 1 1 1
1n
n tt
K
K K q
K K q q
K K q q q
n K K q=
= +
= + +
= + + +
= +∏
( )0
P1
1
nn
tt
KK
q=
=+∏
EWZM.7309.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Bei den statischen Analysen gehen die Summen in geo-metrische Reihen und die Faktoren in Potenzgesetze
über.
( ) ( )1
R 0 z T T z11 1
1 , 1n nn
n i n n n t itt i t
K K q K K A A q−
== = +
= + − = + +∑∏ ∏
Statische Analysen I
( ) ( )1
R 0 z T T z1
1 , 1n
n n t
n n n n tt
K K q K K A A q−
−
=
= + − = + +∑
Beweis:Beweis:
EWZM.7409.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
( )T z1
1 const.n
n t
n t tt
K A q A A−
=
= + = =∑
Statische Analysen II
( ) ( )R 0 z T T z1
1 , 1n
n n t
n n nt
K K q K K A q−
=
= + − = +∑
Restschuldformel Restschuldformel (konstante Annuität)
EWZM.7509.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Statische Analysen III
( )( ) ( )
2 11 1 1 1
2 11 1 1 1
1 1
1 1
...
...
1
1 1
1 1
nn
n nn
nn
n n
n
S a a q a q a q
q S a q a q a q a q
S q a a q
a q a qS
q q
−
−
= + + + +
− = + + + +− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −
− = −
− −⇒ = ≡
− −
Beweis :
( )111
1
:
1
1
nnk
nk
a qS a q
q−
=
−= =
−∑
Geometrische Reihe
EWZM.7609.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Statische Analysen IV
( )( )( )z
R 0 zz
1 11 1
n
n
n
qK K q A
q
+ − = + − −
( ) ( ) ( )1R 0 z z 1 1
1 1
11 1
1
nn nn n t k
n nt k
qK K q A q S a q a
q
− −
= =
−= + − + = =
−∑ ∑
Restschuldformel Restschuldformel (konstante Annuität)
EWZM.7709.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
( )P0
P p
1
1n
n
K
K q=
+
Statische InflationskorrekturStatische Inflationskorrektur
Statische Analysen V
EWZM.7809.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Elemente einer WZMElemente einer WZM
undund
KonstruktionsmethodikKonstruktionsmethodik
EWZM.7909.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 0008 - 6Weck
geome-trische und
kinematischeGenauigkeit
Umwelt-verhalten
Sicherheit
Auto-matisierung
Festigkeit
Technologie Vorschriften
Wirtschaftlichkeit
konstrukt vi e Gestaltung
Anforderungsschwerpunkte bei Werkzeugmaschinen
EWZM.8009.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
EWZM.8109.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 0030 - 6TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Haus Arbeitsicherheit Bevensen
Lärmschwerhörigkeit
EWZM.8209.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
GestellGestell FührungenFührungen AntriebeAntriebe SteuerungSteuerung
- Ständer- Fundament
- Schlitten- Supporte
- Gerad- führungen
- Lagerungen
Vorschubantriebe Stellantriebe
- Haupt- antrieb
- Neben- antriebe
- Leistungs- steuerung
- Informations- steuerung
Elemente einer Werkzeugmaschine
Rall
EWZM.8309.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Komponenten eines Vorschubantriebs
GeschwindigGeschwindig--keitskeits--
sensorsensor
Faulhaber
ElektromotorElektromotorO&Q
GetriebeGetriebe
LTN
PositionsPositions--sensorsensor
StromsensorStromsensor
EWZM.8409.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
EWZM.8509.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
nach Beins
Methodisches und wirtschaftliches Konstruieren und Gestalten
Methodischer Ablauf Wirtschaftliche Gesichtspunkte
Bereiche Phasen Kosten-Einflüsse
Konstruktionssystematik
EWZM.8609.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Bereiche des Lösungsablaufes
START, AUFGABENSTELLUNG,PROBLEM
ZIEL, ERGEBNIS,PRODUKT 8 - 0033 - 5
I InformationAufgabenstellung
B KreationLösungsfeld
K BewertungEntscheidung
nach Berns
EWZM.8709.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Festforderungen
quantitative Kriterien
qualitative Kriterie
n
Wünsche
planerisch
e Zi
ele
Pflichten-heft
Zieldefinition durch Pflichtenheft
EWZM.8809.11.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
START, AUFGABENSTELLUNG,PROBLEM
ZIEL, ERGEBNIS,PRODUKT
Funktion
Struktur, Gestalt
Fertigung
2- 0034 - 4nach Beins
Phasen des Lösungsablaufes