Interdisziplinäre Entwicklung verläßlicher Multitechnologiesysteme Schön 00.03.001 Bedeutung der Produktentwicklung für den gesamten Produktentstehungsprozeß Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm • Die Rolle der Produktentwicklung im Gesamtprozeß • Struktur Technischer Systeme • Der Konstruktionsprozeß • Beispiel

Aufgaben und Auswirkungen der Konstruktion in der Produktentwicklung Schön 00.03.002 • Die Rolle der Produktentwicklung im Gesamtprozeß • Struktur Technischer Systeme • Der Konstruktionsprozeß • Beispiel

Informationsflüsse im Produktlebenszyklus Rösch 04.01.016 Quelle: Pahl/Beitz

Produktentwicklung im Produktlebenszyklus Meerkamm 07.03.001 Konzipieren Entwerfen Planen Ausarbeiten Konstruktion Produktplanung Arbeitsplanung Produktentwicklung Herstellung Entsorgung/ Recycling Vertrieb Nutzung LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm

Kostenverantwortung und Kostenfestlegung Finkenwirth 02.01.008 Arbeits- vorbereitung Fertigung Einkauf Material- wirtschaft Entwicklung Konstruktion Verwaltung Vertrieb 100 % 80 70% Kostenfestlegung Kostenverursachung 60 Selbstkosten 40% 36% 40 20% 18% 20 7% 6% 3% Maschinenauswahl Löhne Termine Oberflächengüte Werkstoff Toleranzen Konstruktionsstunden Lieferanten Fertigungsverfahren Materialkosten Projektierung Gehälter Quelle: aus VDMA

Rule of Ten Kosten für Fehlerbehebung 10.000 1.000 100 10 1 Prototyp Meerkamm 04.01.015 10.000 1.000 100 10 Sony Corporation 1 Prototyp Vorserie Zeitpunkt der Fehlerentdeckung Entwicklung Markteinführung Produktionsplanung LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm

Fachwissen eines Konstrukteurs Rösch 04.01.020 Erstellen und Lesen von Technischen Zeichnungen Überblick über Maschinenelemente, Zukaufteile, vorhandene Lösungen Dimensionierungs- und Auswahlberechnungen (Grund)Kenntnisse über Fertigungsverfahren Kenntnisse über Norm- und Prüfvorschriften Anwenden einer methodischen Vorgehensweise Nutzen von Hilfsmitteln der Konstruktionsmethodik Berücksichtigen von Produktentsorgungs- und -wiederverwendungs -verwertungsrichtlinien • •

2D-Zeichnung - 3D-CAD Meerkamm 02.01.030 2D-Schnitt-Zeichnung eines Prüfstandes Zusammenbau Schattiertes 3D-Modell des gleichen Prüfstandes Zusammenbau Quelle: Roland Spieler

Vom Maschinenelement zum fertigen Produkt Komplexität Finkenwirth 02.01.016 Fahrzeug Karosserie Fahrwerk Aggregat Element

Dimensionierungsberechnungen Löffel 06.05.011  Beanspruchung stabförmiger Bauteile - Zug- und Druckbeanspruchung - Scherbeanspruchung - Flächenpressung und Lochleibung - Biegebeanspruchung - Torsionsbeanspruchung  Hertz’sche Pressung (Flächenpressung)  Dimensionierung von Maschinenelementen z.B. Wälzlager/Gleitlager, Federn, Schrauben, Zahnräder, Riemen, Beanspruchung von Achsen und Wellen, - biege- und torsionskritische Drehzahlen - Drehzahl-Moment - Biegung - Kerbspannung - Welle-Nabe-Verbindung etc.  Schweißverbindungen

Methodische Aspekte der Integrierten Produktentwicklung Meerkamm 07.01.006 Planung Entwicklung Konstruktion Fertigung Montage Verkauf Gebrauch/Verbrauch Recycling transportgerecht ? ... werkstoffgerecht montagegerecht kostengerecht normgerecht fertigungsgerecht ? Herstellbarkeit ? Bauteilgestaltung funktionsgerecht ? Anforderungen aus Pflichtenheft ? Funktionssimulation beanspruchungs- gerecht ? Festigkeit, Verformung ? Gestaltungsregeln recyclinggerecht ? Demontierbarkeit ? Werkstoffverträglichkeit ergonomiegerecht ? Bedienbarkeit ? Belastung des Bedieners Konstruktion Markt Bedürfnis LEHRSTUHL FÜR KONSTRUKTIONSTECHNIK Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm

Design for X - Gesamtstruktur Meerkamm 03.01.022 Sandguß Gießen Urformen Druckguß .... .... Schmieden (Druckumformen) Design for Umformen function stress safety ergonomy DfP controlling assembly disassembly quality transport use cost service environment Biegeum-formen .. Lichtbogen Schweißen Fügen Laser Kleben .... Montieren .... Drehen Trennen Fräsen DfX Bohren Schleifen .... Beschichten .... Stoffeigen- schaft ändern .... ....

Aufgaben und Auswirkungen der Konstruktion in der Produktentwicklung Schön 00.03.003 • Die Rolle der Produktentwicklung im Gesamtprozeß • Struktur Technischer Systeme • Der Konstruktionsprozeß • Beispiel

Allgemeiner Systembegriff Rösch 04.09.021 Umwelt System B System A Definition "System": Umweltbeziehung - Ein System ist ein bestimmter Teil der Wirklichkeit. Elementrelation - Es hat Beziehungen zu seiner Umwelt. Systemelement / Objekt: - Vorgänge - Es hat eine Struktur. - Technische Gebilde - Programme - Es hat eine Funktion. Quelle: Hansen

Montageorientierte Erzeugnisgliederung Meerkamm 04.09.017 Anlage Maschine Aggregat Baugruppe Bauteil Maschinen- elemente Bauelement

Allgemeine Black-Box Darstellung technischer Systeme Meerkamm 04.07.026 Störgrößen (Stoff, Energie, Signal) INPUT OUTPUT Technisches SYSTEM (Gesamtfunktion) STOFF (e) ENERGIE (e) SIGNAL (e) STOFF (a) ENERGIE (a) SIGNAL (a) Restriktionen (Menge, Qualität)

Allgemeine Black-Box Darstellung technischer Systeme Meerkamm 04.07.026a rundes Loch erzeugen Störgrößen: Störgrößen: Materialhärte stumpfer Bohrer unsachgemäße Handhabung INPUT: stillstehendes Werkzeug elektrische Energie mechanische Energie Werkstück OUTPUT: stillstehendes Werkzeug elektrische Energie mechanische Energie Werkstück Bohrer antreiben Randbedingungen: Lochtiefe Drehzahl einstellbar Schlagwerk ein/aus Gewicht, Größe, Farbe rundes Loch durch Energie- wandlung und übertragung bohren

Bildung einer Funktionsstruktur durch Aufgliederung Meerkamm 04.07.006 Funktionsgrad n Eingang Gesamt- funktion Ausgang n - 1 n - 2 n - 3 n - 4 Quelle: Pahl/Beitz; VDI 2221

Allgemeine Funktionen und typische Beispiele Adunka 04.07.158 Quelle: VDI 2222

Funktionsaufgliederung für die Gesamtfunktion „Wäsche waschen“ Meerkamm 04.07.038 Wäsche waschen Wäsche speichern Wasser zuführen Waschmittel und Wasser mischen Lauge speichern Lauge erhitzen Wäsche in Lauge bewegen Lauge ablassen Wäsche spülen Vorgang steuern regeln Wasser zuführen Wäsche in Wasser bewegen Wasser ablassen Vorgang steuern Quelle: VDI 2222

Funktionsaufgliederung einer Bettfräsmaschine Meerkamm 04.07.007 Funktionsträger 6. Grades (Einzelmaschinen) Bettfräsmaschine Funktionsträger 5. Grades (Funktionshauptgruppen) Steuerung Schmierung Werkzeugantrieb Werkstückantrieb Bett Ständer Querbalken Funktionsträger 4. Grades (Funktionsgruppen) Schnittgetriebe Funktionsträger 3. Grades (Funktionskomplexe) Übersetzungskomplex Funktionsträger 2. Grades (Funktionselemente) Verzahnungselement Funktionsträger 1. Grades (Element. Funktionsträger) Evolventenfläche Quelle:Baatz

Aufgaben und Auswirkungen der Konstruktion in der Produktentwicklung Schön 00.03.004 • Die Rolle der Produktentwicklung im Gesamtprozeß • Struktur Technischer Systeme • Der Konstruktionsprozeß • Beispiel

Konstruktionsphasen Planen Konzipieren Entwerfen Ausarbeiten Adunka 04.02.008 Planen Konzipieren Entwerfen Ausarbeiten

Vorgehen bei der Produktplanung Rösch 04.06.007 Neues Produkt? Unternehmensziel definieren Was will das Unternehmen? Unternehmens- und Produktpotential ermitteln Was kann das Unternehmen? Produktbereiche (Suchfelder) finden und auswählen Was braucht der Markt? Was könnte der Kunde im einzelnen brauchen? Produktideen finden und auswählen Anforderungen für die Produktidee definieren, Entwicklungsantrag formulieren Was muß ins Pflichtenheft? Entscheidung durch die Geschäftsleitung OK? nein Entwicklungsauftrag nach Ehrlenspiel, VDI 2220

Produkt-Lebensdauerkurve Meerkamm 04.01.002 Sättigungs- phase Umsatz, Gewinn Wachstum und Reifephase Verfallphase evtl. Wieder- anstieg Einführungs- phase Umsatz Vorbereitung zur Produkteinführung Produktentwicklung Produktplanung Zeit Gewinn Kosten Verlust Quelle: Pahl/Beitz

Formblatt einer Anforderungsliste Meerkamm 04.06.001 FF = Festforderung TF = Tolerierte Forderung Ausgabe: Firma: Anforderungsliste Identifikation, Klassifikation für: Projekt, Produkt Änder. FF TF Anforderung Verantw. Änderungsdatum Verantwortlicher Ersetzt Ausgabe vom

Hauptmerkmale einer Anforderungsliste Bachschuster 04.06.006 Hauptmerkmal Beispiele Geometrie Größe, Höhe, Breite, Länge, Durchmesser, Raumbedarf, Anzahl, Anordnung, Anschluß, Ausbau und Erweiterung Bewegungsart, Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung Kraftgröße, Kraftrichtung, Krafthäufigkeit, Gewicht, Last, Verformung, Steifigkeit, Federeigenschaften, Stabilität, Resonanzen Leistung, Wirkungsgrad, Verlust, Reibung, Ventilation, Zustandsgrößen wie Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Erwärmung, Kühlung, Anschlußenergie, Speicherung, Arbeitsaufnahme, Energieumformung Physikalische und chemische Eigenschaften des Eingangs- und Ausgangsprodukts, Hilfsstoffe, vorgeschriebene Werkstoffe (Nahrungsmittelgesetz u.ä.), Materialfluß und Materialtransport Eingangs- und Ausgangssignale, Anzeigeart, Betriebs- und Überwachungsgeräte, Signalform Unmittelbare Sicherheitstechnik, Schutzsysteme, Betriebs-, Arbeits- und Umweltsicherheit Mensch-Maschine-Beziehung: Bedienung, Bedienungsart, Übersichtlichkeit, Beleuchtung, Formgestaltung Einschränkung durch Produktionsstätte, größte herstellbare Abmessung, bevorzugtes Fertigungsverfahren, Fertigungsmittel, mögliche Qualität und Toleranzen Meß- und Prüfmöglichkeit, besondere Vorschriften (TÜV, ASME, DIN, ISO, AD-Merkblätter) Besondere Montagevorschriften, Zusammenbau, Einbau, Baustellenmontage, Fundamentierung Begrenzung durch Hebezeuge, Bahnprofil, Transportwege nach Größe und Gewicht, Versandart und -bedingungen Geräuscharmut, Verschleißrate, Anwendung und Absatzgebiet, Einsatzort (z.B. schweflige Atmosphäre, Tropen, ...) Wartungsfrei bzw. Anzahl und Zeitbedarf der Wartung, Inspektion, Austausch und Instandsetzung, Anstrich, Säuberung Wiederverwendung, Wiederverwertung, Endlagerung, Beseitigung Max. zulässige Herstellkosten, Werkzeugkosten, Investition und Amortisation Ende der Entwicklung, Netzplan für Zwischenschritte, Lieferzeit Kinematik Kräfte Energie Stoff Signal Sicherheit Ergonomie Fertigung Kontrolle Montage Transport Instandhaltung Gebrauch Recycling Kosten Termin Quelle: Pahl/Beitz

Beispiel einer Anforderungsliste Hennig 04.06.008 SIEMENS Meßgerätewerk Anforderungsliste für Leiterplatten-Positioniereinrichtung Blatt: 1 Seite:1 Änder. F W Anforderungen Verantw. 27.4.88 F W 1. Geometrie: Maße des Prüflings Leiterplatte: Länge = 80 - 650 mm Breite = 50 - 570 mm Höhe = 0,1 - 10 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 > 106 Prüfvorgänge 10. Termin: Abgabe der Entwürfe: spätest. Juli 1988 Gruppe Langner Ersetzt 1. Ausgabe vom 21.4.1998

Struktur des Konstruktionsprozesses I (VDI 2222) Hauptschritte Ergebnisse der Tätigkeiten Ablaufdiagramm Meerkamm 04.02.002 Gestellte Aufgabe Geklärte Aufgabe, Anforderungsliste Gesamtfunktion Teilfunktionen, Funktionsstruktur Physikalische Wirkprinzipien Konstruktive Anordnungen bzw. Lösungsprinzipien und/oder Bausteine Ausgewählte Lösungsprinzipien und/oder Bausteine Prinzipkombinationen Ausgewählte Prinzipkombinationen Konzeptvarianten Lösungskonzept Erster (maßstäblicher Entwurf) Erster Entwurf mit Bewertung Verbesserter Entwurf Ausgewählte Gestaltungszonen Varianten der Gestaltungszonen Optimierte Gestaltungszonen Bereinigter Entwurf Optimierte Einzelteile Ausführungsunterlagen KONZIPIEREN (Aufgabenklärung, Funktionsfindung, Prinziperarbeitung) ENTWERFEN (Gestaltung) AUSARBEITEN (Detaillieren) Quelle: VDI 2222

Arbeitsschritte beim Konzipieren Hennig 04.07.122 Festlegen der Anforderungsliste Freigabe zum Konzipieren Information Abstrahieren zum Erkennen der wesentlichen Probleme Definition Aufstellen von Funktionsstrukturen (Gesamtfunktion - Teilfunktion) Kreation Suchen von Wirkprinzipien zum Erfüllen der Teilfunktionen Konzipieren Kombinieren der Wirkprinzipien zur Wirkstruktur Auswählen geeigneter Kombinationen Konkretisieren zu prinzipiellen Lösungsvarianten Bewerten nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien Beurteilung Festlegen der prinzipiellen Lösung (Konzept) Freigabe zum Entwerfen Entscheidung Quelle: Pahl/Beitz

Aufgliederung der Gesamtfunktion in Teilfunktionen Rösch 04.07.105 Stoff: Werkstück bearbeitetes Werkstück, Späne 3 Löcher Gesamtfunktion Energie: elektr./mech. Energie Wärmeenergie bohren Signal: - 120° Teilung für 3 Löcher - Tiefe der Löcher Teilfunktion 120° Werkstück Werkstück Loch Bohrtiefe Drehung positionieren spannen bohren begrenzen ausführen

Methoden der Lösungsfindung Hennig 04.07.106 Methoden der Lösungsfindung Innovations- Auswahl und Konventionell Intuitiv Diskursiv techniken Bewertung - Literatur- - Brainstorming - Ordnungs- - WOIS - ABC-Analyse recherchen - Methode 635 schemata - Szenario Technik - technisch-wirt- - Analyse - Delphi-Methode - Morphologischer - ... schaftliche bekannter od. - Synektik Kasten Bewertung natürlicher - Galerie-Methode - Kataloge - ökologische Systeme - ... - ... Bewertung - Messungen, - Nutzwertanalyse Modellversuche - ... - ... Wertanalyse Lösungen

Suche von Wirkprinzipien Hennig 04.07.124 Quelle: Pahl/Beitz

Funktion: „Energie speichern“ - Unterschiedl. Wirkprinzipien Meerkamm 04.07.043 Energieart Wirkprinzip mechanisch hydraulisch elektrisch thermisch 1 Schwung- rad Hydrospeicher a. Blasensp. b. Kolbensp. c. Membransp. (Druckenergie) Batterie Masse 2 Schwung- masse Flüssig- keitssp. (Pot. Energie) Kondensator (elektr. Feld) Aufgeheizte Flüssigkeit 3 Pot. Energie Strömende Flüssigkeit Magnet (magn. Feld) Überhitzter Dampf 4 Metallfeder 5 Rad auf schiefer Ebene (rot. + trans. + pot.) 6 Sonstige Federn (Kompr. v. Fl.+Gas) Quelle: Pahl/Beitz

Morphologischer Kasten für Uhren Meerkamm 04.07.012 Funktionen Lösungselemente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tempe- ratur- schwan- kung Wärme- aus- dehnung Druck- schwan- kung hydrau- lische Energie galva- nisches Element galva- nisches Element Radio- ele- ment 1 Energie- quelle Hand- aufzug Hand- aufzug Pendel- aufzug Photo- element Gravita- tion Netz usw. 2 Energie- speicher Druck- gefäß kein Speicher Gewicht- speicher Feder Feder Bimetall Akku usw. 3 Zeit Normal Netz Quarz Quarz usw. mecha- nische Hemmung mecha- nische Hemmung Wirbel- strom- bremse 4 Schritt- Schaltwerk Fliehkraft- regler kein Regler kein Regler Regler usw. pneum- atischer Motor hydrau- lischer Motor elektro- nischer Motor 5 Elektro- motor Synchron- motor Synchron- motor kein Motor Motor Federhaus Federhaus usw. 6 Flüssig- keit Getriebe Zahnrad Zahnrad Ketten Rollen Schnecke Magnet usw. Zifferblatt bewegl. feste Marke Bewegl. Zeiger Zifferblatt Bewegl. Zeiger Zifferblatt Schieber feste Marke 7 Rollen Fenster Wende- blätter Anzeige Projektion Digital Digital usw. s, min, Std., Datum s, min, Std., Datum 8 s, min, Std. s, min, Std. s, min, Std., Tag Einheit s s, min usw. nach Boesch

Bewerten der prinzipiellen Lösung Hennig 04.07.127 Technische Bewertung Wirtschaftliche Bewertung Quelle: Pahl/Beitz

Prinzipielle Lösung Hennig 04.07.125 Quelle: Pahl/Beitz

Arbeitsschritte Entwerfen Hennig 04.08.021

Grundregel: Eindeutig Konstruieren Bachschuster 04.08.018 a b c Quelle: Pahl/Beitz

Grundregel: Einfach Konstruieren Bachschuster 04.08.019 Quelle: Pahl/Beitz

Grundregel: Sicher Konstruieren Bachschuster 04.08.020 schlecht sicherer Quelle: Pahl/Beitz

Leitlinien des Gestaltens Bachschuster 04.08.017 Hauptmerkmal Beispiele Funktion Wird die vorgesehene Funktion erfüllt? Welche Nebenfunktionen sind erforderlich? Wirkprinzip Bringen die gewählten Wirkprinzipien den gewünschten Effekt, Wirkungsgrad und Nutzen? Welche Störungen sind aus dem Prinzip zu erwarten? Auslegung Garantieren die gewählten Formen und Abmessungen mit dem vorgesehenen Werkstoff bei der festgelegten Gebrauchszeit und unter der auftretenden Belastung ausreichende Haltbarkeit, zulässige Formänderung, genügend Stabilität, genügende Resonanzfreiheit, störungsfreie Ausdehnung, annehmbares Korrosions- und Verschleißverhalten? Sicherheit Sind die Betriebs-, Arbeits- und Umweltsicherheit beeinflussenden Faktoren berücksichtigt? Ergonomie Sind die Mensch-Maschine-Beziehungen beachtet? Sind Belastungen, Beanspruchungen und Ermüdung berücksichtigt? Wurde auf gut Formgebung (Design) geachtet? Fertigung Sind Fertigungsgesichtspunkte in technologischer und wirtschaftlicher Hinsicht berücksichtigt? Kontrolle Sind die notwendigen Kontrollen während und nach der Fertigung oder zu einem sonst erforderlichen Zeitpunkt möglich und als solche veranlaßt? Montage Können alle inner- und außerbetrieblichen Montagevorgänge einfach und eindeutig vorgenommen werde? Transport Sind inner- und außerbetrieblichen Transportbedingungen und -risiken überprüft und berücksichtigt? Gebrauch Sind alle beim Gebrauch oder Betrieb auftretenden Erscheinungen, wie z.B. Geräsch, Erschütterung, Handhabung in ausreichendem Maße beachtet? Instandhaltung Sind die für die Wartung, Inspektion und Instandsetzung erforderlichen Maßnahmen in sicherer Weise durchführ- und kontrollierbar? Recycling Ist Wiederverwendung oder -verwertung ermöglicht worden? Kosten Sind vorgegebene Kostengrenzen einzuhalten? Entstehen zusätzliche Betriebs- oder Nebenkosten? Termin Sind die Termine einhaltbar? Gibt es Gestaltungsmöglichkeiten, die die Terminsituation verbessern können? Quelle: Pahl/Beitz

Struktur des Konstruktionsprozesses III (VDI 2222) Meerkamm 04.02.004 Hauptschritte Ergebnisse der Tätigkeit Ablaufdiagram Einzelschritte und Tätigkeiten des Konstruierens Arbeitsschritte KONZIPIEREN (Aufgabenklärung, Funktionsfindung, Prinziperarbeitung) Gestellte Aufgabe Aufgaben- stellung Klären der Aufgabenstellung und Ausarbeiten der Anforderungsliste Geklärte Aufgabe, Anforderungsliste Abstrahieren der geforderten Gesamtfunktion Funktionsstruktur Gesamtfunktion Teilfunktionen, Funktionsstruktur Aufgliedern der Gesamtfunktion in Teilfunktionen und Aufstellen der Funktionsstruktur Suche nach bekannten Lösungsprinzipien und/oder Bausteinen zum Erfüllen der Teilfunktionen: Lösungs- prinzipien a) Suche nach bekannten Lösungsprinzipien und/oder Bausteinen Physikalische Wirkprinzipien b1) Suche nach physikalischen Wirkprinzipien (Effekte und Effektketten) Konstruktive Anord- nungen bzw. Lösungsprinzipien und/ oder Bausteine b2) Suche nach konstruktiven Anordnungen (Wirkflächen und Wirkbewegungen) Auswählen geeigneter Lösungsprinzipien und/oder Bausteine Ausgewählte Lösungs- prinzipien und/oder Bausteine Kombinieren von Lösungsprinzipien/Bausteinen zum Erfüllen der Gesamtfunktion Prinzip- kombinationen Prinzipkombinationen Auswählen geeignter Prinzipkombinationen Ausgewählte Prinzipkombinationen Erarbeitung von Konzeptvarianten für Prinzipkombinationen Konzeptvarianten und Lösungskonzept Konzeptvarianten Lösungskonzept Auswählen des Lösungskonzepts ENTWERFEN (Gestaltung) Erstellen eines ersten(maßstäblichen) Entwurfs Erster Entwurf Erster (maßstäblicher Entwurf) Technisch-wirtschaftliches Bewerten des Entwurfs Verbesserter Entwurf Erster Entwurf mit Bewertung Ausmerzen der Schwachstellen und Erstellen eines verbesserten Entwurfs Verbesserter Entwurf Auswählen der Gestaltungszonen Bereinigter Entwurf Ausgewählte Gestaltungszonen Varianten der Gestaltungszonen Variieren und Optimieren der Gestaltungszonen Auswählen der günstigen Lösungen für die Gestaltungszonen Optimierte Gestaltungszonen Bereinigter Entwurf Festlegen des bereinigten Entwurfs AUSARBEITUNG (Detailierung) Gestalten und Optimieren der Einzelteile Einzelteile Optimierte Einzelteile Ausführungs.- unterlagen Ausführungsunterlagen Ausarbeiten und Prüfen der Ausführungsunterlagen (Zeichnungen, Stücklisten)

Vorgehensplan Ausarbeiten Hennig 04.09.022 Festlegen des endgültigen Entwurfs Freigabe zum Ausarbeiten Detaillieren und Festlegen von Einzelheiten Erarbeiten der Einzelteil-Zeichnungen Kreation Zusammenfassen durch Erarbeiten von Gruppen-Zeichnungen und einer Gesamt-Zeichnung sowie von Stücklisten Kontrolle Ausarbeiten Vervollständigen der Fertigungsunterlagen durch Fertigungs-, Montage- und Transportvorschriften sowie Betriebsanleitungen Prüfen der Fertigungsunterlagen auf Normenanwendung, Vollständigkeit, Richtigkeit Kontrolle Festlegen Produktdokumentation Freigabe zum Feritgen Entscheidung Quelle: Pahl/Beitz

Aufgaben und Auswirkungen der Konstruktion in der Produktentwicklung Schön 00.03.005 • Die Rolle der Produktentwicklung im Gesamtprozeß • Struktur Technischer Systeme • Der Konstruktionsprozeß • Beispiel

Anforderungsliste für Positioniergerät M. Koch 40.01.001 Anschlussfläche immer parallel zur y-z-Ebene ausreichende Positioniergenauigkeit muss erreichbar sein Bohrmuster für Flansch Rasten des Gerätes bei den Positionen  bis  Rastpunkte Durchlaufen des Zyklusses  -  -  ca. 200 mal pro Stunde geplante Stückzahl: 2 Abschluss der gesamten Konstruktion innerhalb von 4 (Mann-)Monaten Winkel am Antrieb für Rastposition Erforderliche Kraftaufnahme

Produkte auf definierte Entwicklung der Teilfunktionen M. Koch 40.01.002 Produkte auf definierte Position bringen Energie und Informationen aufnehmen rotatorische Energie in translatorische Energie wandeln Energie in Bewegung wandeln System bei erreichter Position festsetzen Moment und Winkel „aufnehmen“ Moment in Kraft wandeln Kräfte in Bewegung wandeln Bewegung überlagern Rasten ausführen Rasten aufheben Signale verarbeiten Moment leiten Richtungs- informationen aufnehmen Kraft teilen in zwei Komponenten Bewegungen getrennt leiten Rasten ausführen Signal aufnehmen Signal- zustand speichern Winkel- informationen aufnehmen Moment in Kraft wandeln transitorische Bewegungen erzeugen Bewegungen überlagern Rasten aufheben Signal wandeln Signale verknüpfen

Funktionsstruktur Produkt bewegen ST ST translat. Bewegung erzeugen M. Koch 40.01.003 ST ST translat. Bewegung erzeugen Bewegung leiten Moment/ Winkel aufnehmen Moment in Kraft wandeln Signal- zustand speichern Kraft teilen Wirkfläche bewegen Signale verknüpfen E translat. Bewegung erzeugen Bewegung leiten Signal wandeln E Richtung (vorzeichen) feststellen Rasten E Signal aufnehmen Produkt bearbeiten ST ST Signal- zustand speichern Signal aufnehmen Produkt bearbeiten Si Rasten aufheben E Si Signal E Energie ST Stoff Produkt wird bewegt ST ST

Morphologischer Kasten I M. Koch 40.01.004 Lösungen 1 2 3 4 5 Teilfunktionen 1 Moment leiten Welle 2 Winkel aufnehmen elektr. Sensor magnetischer Sensor induktiver Sensor optischer Sensor 3 Richtung (Vorzeichen) feststellen optischer Sensor elektr. Sensor magnetischer Sensor induktiver Sensor 4 Moment in Kraft wandeln Kurbel Hülltrieb Gewinde Zahnrad / Zahnstange Effekt: Momentensatz Effekt: Reibung Effekt: Keileffekt Effekt: Hebel 5 Kraft teilen in zwei Komponenten (X und Y) Druckteiler Rechner Steuereinheit Getriebe Effekt: Hydraulik Effekt: Mechanik 6 translatorische Bewegung erzeugen Kolben Kurvengetriebe Kurbelgetriebe Linearmotor Effekt: Kontinuitäts- gleichung Effekt: Mechanik Effekt: Mechanik 7 Bewegungen getrennt leiten Getriebe Druck- leitungs- system Knie- hebel Effekt: Hebelgesetz Effekt: Hydraulik Effekt: Mechanik

Morphologischer Kasten II M. Koch 40.01.005 Lösungen 1 2 3 4 5 Teilfunktionen 8 Bewegungen überlagern (Wirkfläche bewegen) Getriebe Achse Effekt: Hebelgesetz Verbindungselement 9 Permanent- magnet Elektromagnet Energie- niveau mini- mieren Rastsperre Rasten Bolzen lösen / aktivieren Gleichgewichtslage Effekt: Mechanik 10 Elektromagnet Rast- sperre entfernen kinetische Energie zuführen Rasten aufheben Bolzen entfernen lösen / archivieren 11 mecha- nische Kraft elektrischer Impuls Signal wandeln 12 elektr. Impuls Signal aufnehmen Stoffstrom Stoffstrom Bewegung Effekt: Hydraulik Effekt: Pneumatik Effekt: Mechanik 13 Flip-Flop Signalzustand speichern Rechner (Speicher) Druck- speicher elektr. Schaltung Prinzip Mechanik Effekt: Hydraulik Druck- überla- gerung Druck- überla- gerung 14 Signale verknüpfen Rechner (I/O) Getriebe Effekt: Hydraulik Effekt: Pneumatik

Konflikt mit der Anforderungsliste Bewertung und Auswahl M. Koch 40.01.006 Konflikt mit der Anforderungsliste

Kinematik- und Kinetiksimulation M. Koch 40.01.007

Entwurf einzelner Teile M. Koch 40.01.008 Grundgestell Wagen mit Flanschfläche

Getriebeauslegung - Standardsteigung der Antriebsspindel von 50mm M. Koch 40.01.009 - 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

Detaillierung des Antriebsstrangs M. Koch 40.01.010

Drehmomentberechnung M. Koch 40.01.011 Formel für Drehmoment bei Schraubenlinien Flankendurchmesser 27 mm Steigungswinkel 30,52° Steigung 50 mm Getriebestufe Moment Übersetzung I 4 Nm Reibungswinkel 6,587° II 16 Nm 4:1 III 40 Nm 2,5:1 IV 160 Nm 4:1 Reibwert 0,1 Flankenwinkel 60° Laut Herstellerangaben ist das Getriebe für diese Belastungen ausgelegt Kraft aus MKS 340 N

Detailentwurf M. Koch 40.01.012

FEM-Analyse Vernetzung M. Koch 40.01.013

FEM-Analyse Wagenunterteil M. Koch 40.01.014

FEM-Analyse Formänderung der Schiene M. Koch 40.01.015