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Sinterverfahren Aufbau der Supply-chain. Modul: Technik Vo, Phuong Anh (2406389).

[Audio] In der heutigen globalisierten Wirtschaft stehen Unternehmen vor immer größeren Herausforderungen, die durch technologische Innovationen und steigende Kundenanforderungen geprägt sind. Die Gestaltung effizienter und flexibler Supply Chain spielt eine zentrale Rolle in der Bewältigung dieser Herausforderungen. Besonders in der Fertigungsindustrie ist die Wahl des geeigneten Produktionsverfahrens ein entscheidender Faktor für den Erfolg des Unternehmens. Das Sintern ist ein solches Fertigungsverfahren, das aufgrund seiner Vielseitigkeit und Wirtschaftlichkeit in verschiedenen Industriebereichen zunehmend an Bedeutung gewinnt. Mit dem Sinterverfahren können komplexe und hochfeste Bauteile aus Keramik- und Metallpulvern hergestellt werden. Vor allem im Bereich der Automobilindustrie, aber auch in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, in der chemischen und pharmazeutischen Industrie kommen gesinterte Bauteile häufig zum Einsatz. Für die Wahl des Sinterverfahrens und die Einrichtung einer entsprechenden Supply Chain sind allerdings gründliche Kenntnisse und eine gründliche Planung erforderlich. Das Ziel dieser Arbeit ist eine umfassende Entscheidungshilfe für die Menschen, die am Entscheidungsprozess zum Aufbau einer Supply-Chain für das Sintern, aber nicht aus dem Bereich Technik kommen, zu bieten. Hierzu wird das wesentliche Sinterverfahren im Überblick vorgestellt und welche Vorteile dieses Verfahren bietet. Zudem wird aufgezeigt, welche typischen Bauteile mittels Sintern hergestellt werden, mit besonderem Fokus auf die Automobilindustrie. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich den allgemeinen Informationen, die für die erfolgreiche Supply Chain relevant sind. Es wird erläutert, welche Faktoren für eine erfolgreiche Implementierung dieses Verfahrens berücksichtigt werden müssen. Zum Schluss werden die logistischen Anforderungen und Schwierigkeiten beschrieben, die mit der Lieferung von Rohteilen, sowohl von selbst hergestellten als auch von zugelieferten Bauteilen für die Produktion und Montage entstehen..

[Audio] Sintern ist ein Verfahren zur Herstellung von Metall- oder Keramikteilen. Dabei wird das pulverförmige Ausgangsmaterial zusammengepresst, um einen fein- oder grobkörnigen Grünkörper zu bilden. Dieser erhält bei der anschließenden Temperaturbehandlung seine endgültige Form und wird zu einem festen Werkstück. Die Sinterwerkstoffe entstehen durch das „Zusammenbacken" des Pulvers, wobei die einzelnen Partikel durch Druck und Temperatur zu festen Bauteilen verbunden werden..

[Audio] Der Ablauf des Sinterverfahrens lautet wie folgt: Ausgangsstoff der Sinterteile mischen Zunächst werden die gewünschten Pulver oder Granulate für den Sinterprozess ausgewählt und im entsprechenden Verhältnis vermengt. Der Ausgangsstoff für ein Sinterteil besteht grundsätzlich aus Metallpulver. Durch die chemische Zusammensetzung des Pulvers erhalten die Teile spezifische Eigenschaften. Das Metallpulver kann aus reinem Metall wie Eisen oder Kupfer bestehen oder aus Legierungspulver wie Bronze, Messing oder Stahl. Unterschiedliche Pulverstrukturen (schwammförmig, unregelmäßig, kugelförmig, laminar) verleihen dem Werkstück verschiedene Eigenschaften. Zusätzlich kann ein Gleitmittel zugesetzt werden. Das Ausgangspulver wird je nach Zusammensetzung mit Legierungselementen (z.B. Graphit, Nickel, Kupfer), einem organischen Festschmierstoff und gelegentlich mit speziellen Zusatzstoffen vermischt. Das Ergebnis ist eine homogene Pulvermischung. Die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs wird durch ein streng geregeltes Dosier- und Kontrollverfahren gewährleistet, um die gewünschten mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften zu erzielen. Formgebung Der vermischte Ausgangsstoff wird durch Formen oder Pressen bei hohem Druck in eine Matrize gepresst, wodurch der sogenannte Grünling entsteht. Dieser entspricht bereits der Form des gewünschten Sinterprodukts. Die Pulvermischung wird in einem hochpräzisen Werkzeug kompaktiert, dessen Innenform das Negativ des fertigen Werkstücks darstellt. Das Werkzeug ist äußerst präzise und beständig und wird nach den Grundsätzen der SMED-Methode instandgehalten. Verdichtung/ Kompaktieren Die Pulvermischung gelangt durch Schwerkraft in das Werkzeug und wird abhängig von der gewünschten Dichte des fertigen Werkstücks mit einachsigem Druck von 200 bis 1500 MPa verdichtet. Der danach aus dem Werkzeug ausgestoßene Pressling, auch „Rohling" genannt, besitzt bereits eine gewisse mechanische Festigkeit und kann weiter bearbeitet werden. Die Kontrolle des Kompaktierverfahrens erfolgt durch die statistische Prozesslenkung (SPC), um die verschiedenen Bauteileigenschaften zu überwachen. Sintern Jetzt folgt die eigentliche Sinterung. Dabei handelt es sich um einen Wärmezyklus, bei dem das kompaktierte Werkstück für einen bestimmten Zeitraum auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Grundmetalls erhitzt wird. Die hohe Temperaturen verstärken die Verbindungen zwischen den Pulverteilchen und die Legierungselemente verteilen sich durch die Festkörper-Diffusionstechnik. Durch die Hochtemperaturbehandlung des Grünlings kommt es auch zu einer Vergrößerung und Verschmelzung der Pulverkörnchen, wodurch die offene Porosität der Sinterteile deutlich reduziert wird. Das Sinterverfahren erfolgt in Durchlauföfen bei kontrollierter Geschwindigkeit und Atmosphäre. Die Betriebstemperaturen liegen je nach Werkstoff und den gewünschten Eigenschaften zwischen 750 und 1300 ºC. Erst durch diesen Prozess entstehen die gewünschten Eigenschaften des Bauteils, wie Festigkeit, Härte oder Leitfähigkeit. Abkühlung & Nachbearbeitung Nach dem Sintern wird das Werkstück abgekühlt und bei Bedarf mechanisch nachbearbeitet und oberflächenbehandelt. Endkontrolle Nach Abschluss des Sinterverfahrens werden alle Bauteile einer umfassenden Sichtkontrolle unterzogen. Der Umfang der Qualitätskontrolle wird je nach Kundenanforderung abgestimmt, um sicherzustellen, dass die erzielten Bauteileigenschaften den Spezifikationen entsprechen..

[Audio] Der klare Vorteil des Sinterns besteht darin, Ausgangsstoffe zu verwenden und zusammenzuführen, die auf andere Weise nur schwer oder gar nicht miteinander verknüpft werden können. Sinterverfahren ermöglicht auch direkte Herstellung komplexer Formen ohne zusätzliche mechanische Bearbeitung. Außerdem entstehen durch das Pressen in der Form Werkstücke mit einer sehr hohen Maßgenauigkeit. So kann das Sintern auch für kritische Bauteile genutzt werden, bei denen Genauigkeit eine wichtige Rolle spielt. Darüber hinaus ist die Herstellung von Sinterbauteile als umweltfreundlicher Prozess zertifiziert. Dabei werden die Werkstoffe optimal ausgenutzt, was bedeutet, dass das gesamte Ausgangmaterial in das fertige Produkt übergeht. Dadurch entstehen kaum Abfälle. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Energiesparsamkeit des Verfahrens, weil eine geringere Temperatur als beispielweise beim Schmelzen und Gießen benötigt wird, um der Werkstoff zu verarbeiten. Diese trägt zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der damit verbundenen CO2-Emissionen bei..

[Audio] Die kontinuierliche Weiterentwicklung und Verbesserung neuer Metallpulver erweitert generell die Einsatzmöglichkeiten von Sinterformteilen. Daher finden Sinterbauteile Anwendung nicht nur im Automobilbau, sondern auch in Haushalts-, Heimwerker- und Büromaschinenbranchen. Die typischen Bauteile sind metallische Form und Fertigteile in großen Serien, wie in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Schwermaschinenindustrie, beispielweise Zahnräder, Lager und Lagerschalen, Gleitlager, Bauteile für Motoren und Getriebe, Siebe, Filter, Dauermagnete und Bremsbeläge..

[Audio] Hier wird ein detaillierterer Überblick in der Bedeutung und der Herstellung der gesinterten Zahnräder betrachtet. Im Bereich der Automobiltechnik sind gesinterte Zahnräder von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der Fahrzeugleistung und Kraftstoffeffizienz. Gesinterte Zahnräder zeichnen sich durch hohe Festigkeit aus und ermöglichen die Herstellung komplexer Geometrien sowie stellen eine kostengünstige Alternative zu mechanisch gefertigten Bauteilen dar. Diese funktionskritischen Komponenten kommen in verschiedenen Bereichen zum Einsatz, darunter PKW, LKW, Motorräder, Off-Highway-Fahrzeuge, Robotik und industrielle Anwendungen. Die Verzahnung kann je nach Kundenwunsch und Anwendungsfall gerade, spiralförmig oder schräg gestaltet werden..

[Audio] Der Herstellungsprozess der Zahnräder beginnt mit der sorgfältigen Auswahl von Pulvern, wobei sowohl eisenhaltige als auch nicht eisenhaltige Legierungen aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften berücksichtigt werden. Durch kontrollierte Verdichtung bei hohem Drücken und Temperaturen können gesinterte Zahnräder außergewöhnlich präzise dimensionale Toleranzen erreichen, oft im Bereich von ±0,001 Zoll (±0,0254 mm). Nach der Verdichtung durchlaufen die Zahnräder einen Sinterprozess in einer präzisen kontrollierten Atmosphäre, um ihre Festigkeit und strukturelle Integrität zu gewährleisten. Gesinterte Zahnräder erreichen in der Regel Härtegrade von 45 bis 70 HRC (Rockwell-Härteskala), wodurch sie eine hervorragende Verschleißfestigkeit und Tragfähigkeit in verschiedenen Betriebsumgebungen aufweisen. Die Wärmebehandlung wird verwendet, um die Mikrostruktur zu verfeinern, interne Spannungen zu eliminieren und die Zähigkeit der Zahnräder zu erhöhen Nach dem Sintern werden gesinterte Zahnräder oft weiteren Bearbeitungsschritten unterzogen. Dabei wird beispielsweise das Einsatzhärten genutzt, um die Oberflächenhärte zu erhöhen. Nachfolgende Veredelungsprozesse wie Schleifen oder Läppen verbessern die Oberflächentextur, was zu glatteren Kontaktflächen führt, um Reibung zu verringern und die Leistung zu steigern. Zusätzlich kommen präzise Bearbeitungstechniken zum Einsatz, um genaue Zahnprofile zu erzeugen, was eine optimale Verzahnung und Betriebseffizienz gewährleistet. Während der Produktion werden strenge Qualitätskontrollmaßnahmen durchgeführt, darunter dimensionale Inspektionen, Härteprüfungen und metallurgische Analysen, um die strikte Einhaltung der Industriestandards zu gewährleisten. Diese Maßnahmen sind entscheidend für die Zuverlässigkeit und gleichbleibende Qualität der gesinterten Zahnräder..

[Audio] Nachdem der Überblick des Sinterverfahrens und die typischen Bauteile vorgestellt wurden, werden nun die wichtigen Informationen für Entscheidung zum Aufbau der Supply Chain (für das Sintern) erläutert. Zunächst ist eine gründliche Absatz- und Bedarfsplanung notwendig. Dies umfasst die Ermittlung des aktuellen und zukünftigen Bedarfs an Produkten, die durch Sintern hergestellt werden können, sowie eine Analyse des Wettbewerbs, um die Position der bestehenden Akteure und ihrer Technologien zu erfassen. Die Nachfrage wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst und kann mit einiger Genauigkeit vorhergesagt werden, beispielweise durch zurückliegende Nachfrage, Lieferzeit, geplante Marketing- und Anzeigenkampagnen, Aktivitäten der Wettbewerber. Die Auswahl passender Lieferanten und effiziente Beschaffung von Rohstoffen (Metall- oder Keramikpulver) spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Hierbei sind die Zuverlässigkeit der Lieferanten, die Qualität der Rohmaterialien und die Kosten entscheidend. Zusammen mit den Lieferanten wird darauf geachtet, dass eine dauerhafte Belieferung gewährleistet ist und die Kosten niedrig bleiben. Idealerweise werden automatisierte Bestellsysteme nach z.B. Just-in-Time Konzept verwendet, um einen reibungslosen Materialfluss zu gewährleisten. Die Festlegung der Produktionskapazität und der besonderen Anforderungen des Sinterverfahrens ist ein weiterer bedeutender Faktor. Dies umfasst die Analyse der eingesetzten Materialien, die Auswahl passender Technologien und Werkzeuge wie Pulverpressen und Sinteröfen sowie die Planung der Produktionsskalierbarkeit, um flexibel auf Veränderungen des Kundenanforderungen reagieren zu können. Eine effektive Planung der Logistik und des Vertriebs ist erforderlich, damit die Rohstoffe rechtzeitig zur Produktion zu bringen und die fertigen Produkte pünktlich an die Kunden geliefert werden können. Dies umfasst die Wahl und Analyse der optimalen Transportwege und -mittel, sowie die Gewährleistung eines unterbrechungsfreien Materialnachschubs und Ausarbeitung geeigneter Lagerhaltungskonzepte..

Quelle. AMES Sinterformteile Hersteller: Der grundlegende Fertigungsprozess, verfügbar unter: https://ames-sintering.com/de/der-grundlegende-fertigunsprozess/ BWL.Lexikon.de: Supply Chain Management, verfügbar unter: https://www.bwl-lexikon.de/wiki/supply-chain-management/ Chopra, S., Meindl, P. (2007): Supply Chain Management, Strategy, Planning & Operation, In: Boersch, C., Elschen, R. (eds): Das Summa Summarum des Managements, Gabler, verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/978-3-8349-9320-5_22 EUROBALT: Gesinterte Zahnräder- Industrielle Fertigung, verfügbar unter: https://eurobalt.net/deu/pulvermetallurgie/herstellung-von-gesinterten-zahnradern/ Miba: Gesinterte Zahnräder, verfügbar unter: https://www.miba.com/de/produktbereiche/sinterformteile/gesinterte-zahnraeder NMD- Metal Powders (2024): Sintern in der Pulvermetallurgie: 5 entscheidende Vorteile, verfügbar unter: https://nmd-metalpowders.de/sintern-in-der-pulvermetallurgie-5-entscheidende-vorteile/ Refa.de: Supply Chain Management, verfügbar unter: https://refa.de/service/refa-lexikon/supply-chain-management Richter Formteile: Sintertechnik, verfügbar unter: https://richterformteile.com/ratgeber/sintertechnik.

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