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LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Interdisziplinäre Entwicklung verläßlicher.

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1 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Interdisziplinäre Entwicklung verläßlicher Multitechnologiesysteme Bedeutung der Produktentwicklung für den gesamten Produktentstehungsprozeß Die Rolle der Produktentwicklung im Gesamtprozeß Struktur Technischer Systeme Der Konstruktionsprozeß Beispiel Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Schön

2 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Aufgaben und Auswirkungen der Konstruktion in der Produktentwicklung Die Rolle der Produktentwicklung im Gesamtprozeß Struktur Technischer Systeme Der Konstruktionsprozeß Beispiel Schön

3 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Meerkamm Produktentwicklung im Produktlebenszyklus Arbeitsplanung Produktplanung Konstruktion Entsorgung/ Recycling Nutzung Vertrieb Herstellung Planen KonzipierenEntwerfen Ausarbeiten Produktentwicklung

4 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Meerkamm Rule of Ten Kosten für Fehlerbehebung Sony Corporation Entwicklung Produktionsplanung Prototyp Vorserie Markteinführung Zeitpunkt der Fehlerentdeckung

5 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Aufgaben und Auswirkungen der Konstruktion in der Produktentwicklung Die Rolle der Produktentwicklung im Gesamtprozeß Struktur Technischer Systeme Der Konstruktionsprozeß Beispiel Schön

6 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Rösch Allgemeiner Systembegriff Umwelt System A System B Elementrelation Umweltbeziehung Systemelement / Objekt: - Vorgänge - Technische Gebilde - Programme Definition "System": - Ein System ist ein bestimmter Teil der Wirklichkeit. - Es hat Beziehungen zu seiner Umwelt. - Es hat eine Struktur. - Es hat eine Funktion. Quelle: Hansen

7 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Meerkamm Bildung einer Funktionsstruktur durch Aufgliederung Gesamt- funktion EingangAusgang Funktionsgrad n n - 1 n - 2 n - 3 n - 4 Quelle: Pahl/Beitz; VDI 2221

8 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Adunka Allgemeine Funktionen und typische Beispiele Quelle: VDI 2222

9 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Aufgaben und Auswirkungen der Konstruktion in der Produktentwicklung Die Rolle der Produktentwicklung im Gesamtprozeß Struktur Technischer Systeme Der Konstruktionsprozeß Beispiel Schön

10 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Adunka Konstruktionsphasen PlanenKonzipieren Entwerfen Ausarbeiten

11 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Meerkamm Produkt-Lebensdauerkurve VerlustKosten Umsatz Zeit Gewinn Umsatz, Gewinn Verfallphase Sättigungs- phase Wachstum und Reifephase Einführungs- phase Produktplanung Produktentwicklung Vorbereitung zur Produkteinführung evtl. Wieder- anstieg Quelle: Pahl/Beitz

12 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm FF = Festforderung TF = Tolerierte Forderung Meerkamm Formblatt einer Anforderungsliste Firma: Anforderungsliste Verantw.Anforderung FF TF Änder. Ersetzt Ausgabe vom Identifikation, Klassifikation für: Projekt, Produkt Ausgabe: Änderungsdatum Verantwortlicher

13 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Hennig Beispiel einer Anforderungsliste 1. Geometrie: Maße des Prüflings Leiterplatte: Länge = mm Breite = mm Höhe = 0, mm Hauptsächlich verlangte Höhe: Haupthöhe = 1,6 - 2 mm Tunnelhöhe zwischen Grundrasterplatten 120 mm Spannbereich 2 mm (3seitig am Plattenrand) 2. Kinematik: genaueste Positionierung des Prüflings positionierte Prüflinge müssen in Prüfrichtung (Plattennor- male mind. 2 mm verschiebbar sein Rückführung des Prüflings in Transportlage räumlich getrennte Zu- und Abführung Tunnelaufbau minimale Handhabungszeit (so schnell wie möglich) 6. Sicherheit: Schutz des Bedienpersonals 7. Fertigung: Toleranzaddition berücksichtigen 8. Gebrauch: Keine Verunreinigung im Inneren des Prüfsystems Einsatzort: Halle 9. Instandhaltung: Wartungsintervalle > 10 6 Prüfvorgänge 10. Termin: Abgabe der Entwürfe: spätest. Juli 1988 SIEMENS Meßgerätewerk Anforderungsliste für Leiterplatten-PositioniereinrichtungBlatt: 1 Seite:1 Änder.FWFW AnforderungenVerantw. FFWFWFFFFWFFFFWFFFWFWFFFFWFFFFWF Gruppe Langner Ersetzt 1. Ausgabe vom

14 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Festlegen der prinzipiellen Lösung (Konzept) Freigabe zum Entwerfen Festlegen der Anforderungsliste Freigabe zum Konzipieren Hennig Arbeitsschritte beim Konzipieren Konzipieren Information Definition Kreation Beurteilung Entscheidung Quelle: Pahl/Beitz Aufstellen von Funktionsstrukturen (Gesamtfunktion - Teilfunktion) Abstrahieren zum Erkennen der wesentlichen Probleme Suchen von Wirkprinzipien zum Erfüllen der Teilfunktionen Kombinieren der Wirkprinzipien zur Wirkstruktur Auswählen geeigneter Kombinationen Konkretisieren zu prinzipiellen Lösungsvarianten Bewerten nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien

15 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Rösch Aufgliederung der Gesamtfunktion in Teilfunktionen 3 Löcher bohren Stoff: Werkstück Energie: elektr./mech. Energie Signal: -120° Teilung für 3 Löcher -Tiefe der Löcher bearbeitetes Werkstück, Späne Wärmeenergie Werkstück positionieren Werkstück spannen Loch bohren Bohrtiefe begrenzen 120° Drehung ausführen Gesamtfunktion Teilfunktion

16 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Hennig Methoden der Lösungsfindung Lösungen Konventionell - Literatur- recherchen - Analyse bekannter od. natürlicher Systeme - Messungen, Modellversuche -... Auswahl und Bewertung - ABC-Analyse - technisch-wirt- schaftliche Bewertung - ökologische Bewertung - Nutzwertanalyse -... Intuitiv - Brainstorming - Methode Delphi-Methode - Synektik - Galerie-Methode Ordnungs- schemata - Morphologischer Kasten - Kataloge -... Diskursiv Innovations- techniken - WOIS - Szenario Technik -... Wertanalyse

17 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Hennig Suche von Wirkprinzipien Quelle: Pahl/Beitz

18 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Meerkamm Funktion: Energie speichern - Unterschiedl. Wirkprinzipien Quelle: Pahl/Beitz Energieart Wirkprinzip mechanischhydraulischelektrischthermisch 1 2 Aufgeheizte Flüssigkeit 3 Strömende Flüssigkeit Magnet (magn. Feld) Überhitzter Dampf Pot. Energie Batterie Masse Schwung- masse Schwung- rad Kondensator (elektr. Feld) Flüssig- keitssp. (Pot. Energie) Sonstige Federn (Kompr. v. Fl.+Gas) (rot. + trans. + pot.) Rad auf schiefer Ebene Metallfeder Hydrospeicher a. Blasensp. b. Kolbensp. c. Membransp. (Druckenergie)

19 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm galva- nisches Element Quarz kein Regler Synchron- motor Digital s, min, Std., Datum s, min, Std. Bewegl. Zeiger Zifferblatt Zahnrad Federhaus mecha- nische Hemmung Feder Hand- aufzug Meerkamm Morphologischer Kasten für Uhren Funktionen Zeit Normal Getriebe Lösungselemente Energie- quelle Energie- speicher Regler Motor Anzeige Einheit Netz Radio- ele- ment Gravita- tion Photo- element galva- nisches Element hydrau- lische Energie Tempe- ratur- schwan- kung Druck- schwan- kung Wärme- aus- dehnung Pendel- aufzug Hand- aufzug Bimetall Druck- gefäß Akku kein Speicher Gewicht- speicher usw. mecha- nische Hemmung Schritt- Schaltwerk Fliehkraft- regler Wirbel- strom- bremse kein Regler usw. NetzQuarz Feder pneum- atischer Motor hydrau- lischer Motor elektro- nischer Motor Synchron- motor kein Motor Bewegl. Zeiger Zifferblatt Federhaus Elektro- motor ss, min s, min, Std., Tag s, min, Std., Datum s, min, Std. usw. Zifferblatt bewegl. feste Marke Rollen Fenster Schieber feste Marke Wende- blätter ProjektionDigital usw. Flüssig- keit MagnetSchneckeKettenZahnradRollen usw. nach Boesch

20 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Hennig Bewerten der prinzipiellen Lösung Quelle: Pahl/Beitz Technische BewertungWirtschaftliche Bewertung

21 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Hennig Prinzipielle Lösung Quelle: Pahl/Beitz

22 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Bachschuster Grundregel: Eindeutig Konstruieren Quelle: Pahl/Beitz a b c

23 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Bachschuster Grundregel: Einfach Konstruieren Quelle: Pahl/Beitz

24 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Bachschuster Grundregel: Sicher Konstruieren Quelle: Pahl/Beitz schlecht sicherer

25 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Hennig Vorgehensplan Ausarbeiten Quelle: Pahl/Beitz Detaillieren und Festlegen von Einzelheiten Erarbeiten der Einzelteil-Zeichnungen Zusammenfassen durch Erarbeiten von Gruppen-Zeichnungen und einer Gesamt-Zeichnung sowie von Stücklisten Vervollständigen der Fertigungsunterlagen durch Fertigungs-, Montage- und Transportvorschriften sowie Betriebsanleitungen Kreation Kontrolle Entscheidung Ausarbeiten Festlegen des endgültigen Entwurfs Freigabe zum Ausarbeiten Festlegen Produktdokumentation Freigabe zum Feritgen Prüfen der Fertigungsunterlagen auf Normenanwendung, Vollständigkeit, Richtigkeit Kontrolle

26 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Aufgaben und Auswirkungen der Konstruktion in der Produktentwicklung Die Rolle der Produktentwicklung im Gesamtprozeß Struktur Technischer Systeme Der Konstruktionsprozeß Beispiel Schön

27 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Anforderungsliste für Positioniergerät Rasten des Gerätes bei den Positionen bis Anschlussfläche immer parallel zur y-z-Ebene Durchlaufen des Zyklusses - - ca. 200 mal pro Stunde ausreichende Positioniergenauigkeit muss erreichbar sein geplante Stückzahl: 2 Abschluss der gesamten Konstruktion innerhalb von 4 (Mann-)Monaten M. Koch Bohrmuster für Flansch Rastpunkte Winkel am Antrieb für Rastposition Erforderliche Kraftaufnahme

28 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Morphologischer Kasten I Winkel aufnehmen Richtung (Vorzeichen) feststellen Moment in Kraft wandeln Kraft teilen in zwei Komponenten (X und Y) translatorische Bewegung erzeugen Bewegungen getrennt leiten Moment leiten Lösungen Teilfunktionen Welle elektr. Sensor optischer Sensor elektr. Sensor Rechner Steuereinheit Getriebe Druck- leitungs- system Knie- hebel magnetischer Sensor induktiver Sensor optischer Sensor induktiver Sensor magnetischer Sensor Effekt: MomentensatzEffekt: ReibungEffekt: Keileffekt KurbelHülltriebGewindeZahnrad / Zahnstange Effekt: Hebel Druckteiler Effekt: HydraulikEffekt: Mechanik Kolben Effekt: Kontinuitäts- gleichung Effekt: Mechanik Kurvengetriebe Kurbelgetriebe Linearmotor Getriebe Effekt: HebelgesetzEffekt: HydraulikEffekt: Mechanik M. Koch

29 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Morphologischer Kasten II Bewegungen überlagern (Wirkfläche bewegen) Lösungen Teilfunktionen Rasten Rasten aufheben Signal aufnehmen Signal wandeln Signalzustand speichern Signale verknüpfen Getriebe Effekt: Hebelgesetz Achse Verbindungselement Permanent- magnet Elektromagnet lösen / aktivieren Bolzen Energie- niveau mini- mieren Gleichgewichtslage Rastsperre Effekt: Mechanik Bolzen entfernen Rast- sperre entfernen kinetische Energie zuführen mecha- nische Kraft elektrischer Impuls elektr. Impuls Stoffstrom Flip-Flop Prinzip Mechanik Stoffstrom Bewegung Effekt: HydraulikEffekt: PneumatikEffekt: Mechanik Rechner (Speicher) Druck- speicher elektr. Schaltung Effekt: Hydraulik Rechner (I/O) Getriebe Druck- überla- gerung Druck- überla- gerung Effekt: HydraulikEffekt: Pneumatik Elektromagnet lösen / archivieren M. Koch

30 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Bewertung und Auswahl Konflikt mit der Anforderungsliste M. Koch

31 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Kinematik- und Kinetiksimulation M. Koch

32 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Entwurf einzelner Teile Grundgestell Wagen mit Flanschfläche M. Koch

33 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Getriebeauslegung - Standardsteigung der Antriebsspindel von 50mm pro Umdrehung gewählt - Entfernung zwischen den Positionen: 194,5 mm - Laut Anforderung sollen die Positionen über den Antrieb durch 35 Grad Umdrehungen erreicht werden (0,097 Umdrehungen) - Damit wird ein Übersetzungs- verhältnis von 1:40 benötigt M. Koch

34 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Detaillierung des Antriebsstrangs M. Koch

35 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Drehmomentberechnung Formel für Drehmoment bei Schraubenlinien Flankendurchmesser Steigungswinkel Steigung Reibwert Flankenwinkel Kraft aus MKS 27 mm Reibungswinkel 30,52° 50 mm 6,587° 0,1 60° 340 N 4 Nm GetriebestufeÜbersetzungMoment I II III IV 4:1 2,5:1 4:1 40Nm 160Nm 16Nm Laut Herstellerangaben ist das Getriebe für diese Belastungen ausgelegt M. Koch

36 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm Detailentwurf M. Koch

37 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm FEM-Analyse Vernetzung M. Koch

38 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm FEM-Analyse Wagenunterteil M. Koch

39 LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm FEM-Analyse Formänderung der Schiene M. Koch


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