Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion

Julian Baschin

27.11.2020 | 08:00 – 09:30 Uhr | Webkonferenz

Grundlagen der Produktentwicklung und KonstruktionÜbung 1

- Lösung: Aufgabenklärung und Konstruktionskataloge -

27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 2

Organisatorisches

Sprechstunde

während des gesamten Semesters

nach Absprache am NFF

Übungsunterlagen

im Stud.IP-Kurs erhältlich

Alte Klausuren

werden im Stud.IP-Kurs

zur Verfügung gestellt

Klausursprechstunde

Termin wird noch bekannt gegeben

Übung

Kein

e

Vid

eoaufz

eic

hnung

9 T

erm

ine


vorläufiger Zeitplan Übung

Nr. Themen Termin Inhalt Aufnahme

1. Anforderungsliste, Konstruktionskataloge 27.11. -

2. Allgemeine Funktionsstrukturen (AFS) 04.12. -

3. Logische Funktionen, Logische Funktionsstrukturen (LFS) 11.12. -

4. Spezielle Funktionsstrukturen (SFS), Kinematische Ketten 18.12. -

Winterpause

5. Übung Lenksäule I – Anforderungsanalyse (Anforderungsliste, AFS) 15.01. -

6. Übung Lenksäule II – Ausarbeitung prinzipieller Lösungen (Prinzipskizzen, Morphologisches Schema) 22.01. -

7. Übung Lenksäule III – Ausarbeiten und Bewerten (SFS, Punktbewertung) 29.01. -

8. Klausurvorbereitung 05.02. -

9. Puffer 12.02. -


Inhalt Übung 27.11.2020

Aufgabenklärung

Einordnung in den Konstruktionsprozess

Anforderungsliste als Produktmodell

Übungsaufgabe: Aufgabenklärung – Tretlager

Konstruktionskataloge

Ziele der Kataloganwendung

Katalogarten

Anwendung von Konstruktionskatalogen

Übungsaufgabe: Anwendung von Konstruktionskatalogen – Tretlager

Aufbau von Konstruktionskatalogen

Übungsaufgabe: Erstellung eines Detailkatalogs für Nietverbindungen



Aufgabenklärung






Katalogarten






Hauptaufgabe Anforderungsliste

TeilaufgabenFunktionsstruktur

Physikalische EffektePrinzipielle Lösung

Entwurfsfreigabe

Konzeptionelle EntwürfeGrobgestaltung

Detaillierte EntwürfeFeingestaltung

Vollständige Gebrauchs-und Herstellunterlagen

Fertigungsfreigabe

Produktunterlagen:z.B.

Geometriemodelle,Stückliste,

Prüfanforderungen

PRODUKT

Aufgaben-klärungs-phase

PrinzipiellePhase

Gestal-tendePhase

Ausarbei-tungs-phase

AUFGABE

Analyse der ProduktumgebungAufgabenstellung

Beurteilung

Beurteilung

Beurteilung

Beurteilung

InformationssystemeKataloge, Experten-Systeme

Produktmodelle

SuchschemataChecklisten

KonkurrenzunterlagenSchutzrechte

Standardfunktionenund -schaltungenProduktstruktur

Physikalische EffekteLösungsprinzipe

Werkstoffe, Design

VorgängerprodukteGestaltprinzipe

ZulieferkomponentenHalbzeuge

FertigungsverfahrenWerkzeuge undVorrichtungenWiederholteile

Normteile

Phase

FERTIGUNGMONTAGEPRÜFUNG

1.

2.

3.

4.

5.

6.


Hauptaufgabe Anforderungsliste

TeilaufgabenFunktionsstruktur

Physikalische EffektePrinzipielle Lösung

Entwurfsfreigabe

Konzeptionelle EntwürfeGrobgestaltung

Detaillierte EntwürfeFeingestaltung

Vollständige Gebrauchs-und Herstellunterlagen

Fertigungsfreigabe

Produktunterlagen:z.B.

Geometriemodelle,Stückliste,

Prüfanforderungen

PRODUKT

Aufgaben-klärungs-phase

PrinzipiellePhase

Gestal-tendePhase

Ausarbei-tungs-phase

AUFGABE

Analyse der ProduktumgebungAufgabenstellung

Beurteilung

Beurteilung

Beurteilung

Beurteilung

InformationssystemeKataloge, Experten-Systeme

Produktmodelle

SuchschemataChecklisten

KonkurrenzunterlagenSchutzrechte

Standardfunktionenund -schaltungenProduktstruktur

Physikalische EffekteLösungsprinzipe

Werkstoffe, Design

VorgängerprodukteGestaltprinzipe

ZulieferkomponentenHalbzeuge

FertigungsverfahrenWerkzeuge undVorrichtungenWiederholteile

Normteile

Phase

FERTIGUNGMONTAGEPRÜFUNG

1.

2.

3.

4.

5.

6.



Struktur der Anforderungsliste:

Gliederung: Teilsysteme, Funktionsgruppen, Baugruppen, Lebenslaufphasen

Nr.: Identifikationsnummer zur eindeutigen Zuordnung

Bezeichnung: eindeutig formulierte Bezeichnung

Werte, Daten: Quantifizierung der Anforderungen

Art: Verbindlichkeit der Anforderungen

Quelle, Bemerkung: Festhalten von Bemerkungen, Quellen (z.B. Richtlinien, Experten aus dem Unternehmen) und

Verantwortlichkeiten

Subjekt Prädikat Objekt



Festforderungen (F)

Müssen immer erfüllt werden.

Erfüllt eine Lösung eine dieser Forderungen nicht, muss sie ausgeschlossen werden.

Mindestforderungen (M)

Können von einer Lösung mehr oder weniger gut erfüllt werden.

Erfüllt eine Lösung eine die Mindestforderung nicht, muss sie ausgeschlossen werden.

Je besser die Mindestforderung erfüllt ist, desto höher ist die Güte der Lösung.

Wunschforderungen (W)

Eigenschaften, die eine Lösung nach Möglichkeit haben sollte.

Eine Lösung muss die Forderung nicht erfüllen.

Die Erfüllung von Wunschforderungen bestimmt die Wertigkeit einer Lösung.


Hauptmerkmalliste als Hilfsmittel zur systematischen Suche

[Pahl, Beitz 2007]

produktbezogen

produktlebenslaufbezogen

organisatorisch


Übungsaufgabe: Aufgabenklärung - Anforderungsliste

Rahmen zur Befestigung des Tretlagers Tretlager nach Schaeffler [12][12]

Beispiel Tretlager beim Fahrrad

Zum Antreiben eines Fahrrads wird über die Trittbewegung des Fahrers eine Kraft auf die Pedale und somit die Kurbel

übertragen. Die so entstehende Drehbewegung wird zum Antreiben der Kettenblätter und über die Kette für den Antrieb des

Hinterrads genutzt.

Um eine geführte Drehbewegung zu erhalten, wird ein Tretlager verwendet.


Übungsaufgabe: Aufgabenklärung - Anforderungsliste

Beispiel Tretlager beim Fahrrad

Der Innendurchmesser des Tretlagergehäuses darf nicht größer als 50 mm

sein, wobei die Tretlagerwelle maximal einen Außendurchmesser von 30

mm haben darf.

Vereinfacht kann das durch die Trittbewegung eingeleitete Moment als

Radial- und Axialkraft angenommen werden. Gemäß DIN EN 14766 muss

das Lager mindestens 1800 N als Radialkraft bei 50.000 Prüfzyklen

aufnehmen können; in der Axialrichtung ist die Kraft nicht größer als 500 N

anzunehmen.

Um die Kippmomente am Lager möglichst gut ausgleichen zu können, sollte

das Lagerpaar möglichst weit auseinander platziert sein. Hierbei muss das

Lager minimal 8 mm und maximal 20 mm breit sein.

Damit sich der Radfahrer nicht unnötig anstrengen muss, wäre ein geringer

Trittwiderstand und somit eine geringe Reibung im Lager wünschenswert.

Darüber hinaus möchte der Fahrer das Lager nicht warten müssen.

Außerdem hat der Kunde nur Standardwerkzeug zur Verfügung, sodass das

Austauschen des Lagers bei Versagen einfach mit Standardwerkzeug

möglich sein muss.

[13]

Tretlagergehäuse

WälzlagerTretlagerwelle

Lagerschale

Tretkurbel

Prinzipskizze von einem Konus-Innenlager

Fr

Fa


Übungsaufgabe: Aufgabenklärung - Tretlager

Aufgabenstellung

1. Ermitteln Sie aus dem erklärenden Text die für das Tretlager relevanten Anforderungen und erfassen Sie diese in einer

Anforderungsliste.

2. Ermitteln Sie zwei weitere Anforderungen mit Hilfe der Hauptmerkmalliste.

3. Gliedern Sie die Anforderungen sinnvoll und ordnen Sie den Anforderungen Werte, Quelle und Anforderungsart zu!



Aufgabenklärung






Katalogarten







Ziel des Katalogeinsatzes

Entlastung des Konstrukteurs von Routineaufgaben, z.B. Literaturrecherche in allen Phasen des

Konstruktionsablaufes

Strukturierte, übersichtliche Speicherung von Informationen für die Konstruktion, um einen schnellen gezielten

Zugriff zu gewährleisten

Optimierung und Rationalisierung der Lösungsfindung durch Lösen des Konstruktionsprozesses von der

Abhängigkeit des Wissensstandes des Konstrukteurs

Konstruktionskataloge können aufgrund ihres Detaillierungsgrades (Übersichtskatalog, Detailkatalog) oder

aufgrund ihres Inhalts unterschieden:

Objektkataloge Lösungskataloge Operationskataloge


Arten von Konstruktionskatalogen

Lösungskataloge (nach VDI 2222 Teil 2)

enthalten konstruktive Lösungen für eine bestimmte Aufgabenstellung

Unterschiedliche Abstraktionsebenen der Lösungen möglich: z.B. Effekte zur Krafterzeugung oder geometrische

Darstellung der Effektträger

Lösungskataloge sind Konstruktionskataloge, die bestimmten Funktionen oder Aufgaben, gegebenenfalls ergänzt

durch Randbedingungen, Lösungen zuordnen.

Kraftmultiplikation durch Rückstoßwirkung Kraftmultiplikation durch Druckausbreitung



Objektkataloge (nach VDI 2222 Teil 2)

Typische Beispiele sind Sammlungen verschiedener Fertigungsverfahren, Trägheitsmomente wichtiger Körper oder

gleichartiger Teileverbände (z.B. Wälzlager, Dichtungen oder zwangläufige Getriebe)

Objektkataloge sind Konstruktionskataloge, die aufgabenunabhängig die für das Konstruieren notwendigen

grundlegenden allgemeinen Sachverhalte, insbesondere physikalischer, geometrischer, technologischer und

stoffkundlicher Natur, enthalten.

KegelrollenlagerRillenkugellager



Operationskataloge (nach VDI 2222 Teil 2)

Inhalte immer auf bestimmte Objekte bezogen

Operationskataloge beinhalten Regeln/ Verfahren z.B. für die Variation von

Funktionsstrukturen oder Berechnung von Grenzmaßtoleranzen

Operationskataloge sind Konstruktionskataloge, die Operationen (Verfahrensschritte) oder Operationsfolgen (Verfahren),

die im Rahmen des methodischen Konstruierens von Interesse sind, und deren Anwendungsbedingungen und

Einsatzkriterien enthalten.

Methodenkatalog



Siebverfahren

1. Suchen und Identifizieren von Merkmalen, die

sowohl Anforderungen an das konkrete Produkt

als auch Zugriffs- oder Gliederungsmerkmale

des Katalogs sind.

2. Überprüfen, ob sich weitere übereinstimmende

Merkmale durch Bilden einer Zwischengröße

ergeben.

3. Konstruktionskatalog mit Hilfe der gefundenen

Merkmale durchmustern.

4. Nur wenn die Merkmalausprägung von

Anforderung und Konstruktionskatalog

identisch ist, wird die Lösung weiterverfolgt,

anderenfalls scheidet sie aus.

5. Bei mehr als einer möglichen Lösung:

verbleibende Lösungen bewerten.

6. Lösung(en) auswählen und weiter verfolgen.

Siehe auch

Beschreibung

im Portal!


Übungsaufgabe: Anwendung von Konstruktionskatalogen

Aufgabenstellung

Für die Konstruktion des Tretlagers soll nun die Lagerung ausgewählt werden.

Ermitteln Sie anhand der erstellten Anforderungsliste für das neue Lösungskonzept nun die passende Lagerung aus.

Wählen Sie also mit Hilfe der Anforderungen aus dem Text die beste Lösungsalternative aus dem Konstruktionskatalog

(Detailkatalog Wälzlager) aus.



Aufgabenklärung






Katalogarten







Gliederungsteil

Die im Gliederungsteil enthaltenen Gesichtspunkte sind ordnender Natur.

widerspruchsfreie Unterteilung des Hauptteils (i.d.R. in mehreren Stufen)

überschlägige Kontrolle der Vollständigkeit der im Hauptteil aufgeführten Angaben

Als Gliederungsmerkmale eignen sich solche Gesichtspunkte, die

wesentliche Inhalte der zu katalogisierenden Elemente

kennzeichnen.

eine begrenzte Anzahl von Ausprägungen besitzen

(mindestens zwei),

sich eindeutig gegeneinander abgrenzen lassen (Merkmal

+ Wert = Eigenschaft) (überschneidungsfrei)

alle zu katalogisierenden Elemente erfassen, d.h. es

müssen Merkmale aller Elemente sein.



Hauptteil

enthält Objekte, Operationen oder Lösungen in Form von Skizzen, Texten, Gleichungen oder Diagrammen.

Zugriffsteil

Eigenschaften der Objekte, Operationen und Lösungen, welche einen gezielten Zugriff bzw. eine geeignete Auswahl aus

dem Hauptteil ermöglichen.


Übungsaufgabe: Detailkatalog Nietverbindungen

Sie sind Hersteller von u.a. Fahrradketten. Aufgrund

wiederholter Reklamationen von Kunden, dass die

verkauften Ketten frühzeitig reißen, möchten Sie die

Nietverbindung an den Fahrradketten näher analysieren

und alternative Verfahren betrachten.

Hierzu soll ein Detailkatalog für Nietverbindungen erstellt

werden. Ausgangspunkt für den Detailkatalog ist

der in Bild 5 dargestellte Ausschnitt eines

Übersichtskatalogs für Nietverbindungen.

Dieser Ausschnitt zeigt vier einseitige Nietverbindungen,

die auch als Blindnietverbindungen bezeichnet werden.

Für die Grundbauformen der Beispiele Nr. 5 und Nr. 8 im

Übersichtskatalog sollen weitere Varianten in Form eines

Detailkatalogs systematisch aufbereitet werden.

http://www.trailsandbikes.net/wp-

content/data/kette_nieten_07_niet_rein.jpg



Im hier gezeigten Bild sind die unterscheidbaren

Nietverbindungen dargestellt, die aus einem

Firmenprospekt von einem Niethersteller

zusammengetragen wurden. Anhand dieser

Beispiele soll der Detailkatalog aufgebaut werden.



Aufgabenstellung

1. Analysieren Sie die zusammengetragenen Nietverbindungen hinsichtlich möglicher Gliederungsmerkmale.

2. Erstellen Sie anhand geeigneter Gliederungsmerkmale den Gliederungsteil für den Konstruktionskatalog. Achten

Sie darauf, dass alle Objekte eindeutig durch eine Eigenschaftskombination beschrieben werden.

3. Ordnen Sie die Lösungen aus dem Firmenkatalog in die Gliederung ein, und ermitteln Sie für eventuell auftretende

weiße Felder an einem Beispiel Lösungsansätze für die gegebenen Eigenschaftskombination.

4. Welche Zugriffsmerkmale schlagen Sie für den Zugriffsteil des Katalogs vor? Benutzen Sie als Hilfe die

Sammlung von Zugriffs- und Gliederungsmerkmalen.



Aufgabenklärung






Katalogarten






vorläufiger Zeitplan Übung

Nr. Themen Termin Inhalt Aufnahme

1. Anforderungsliste, Konstruktionskataloge 27.11. -

2. Allgemeine Funktionsstrukturen (AFS) 04.12. -

3. Logische Funktionen, Logische Funktionsstrukturen (LFS) 11.12. -

4. Spezielle Funktionsstrukturen (SFS), Kinematische Ketten 18.12. -

Winterpause

5. Übung Lenksäule I – Anforderungsanalyse (Anforderungsliste, AFS) 15.01. -

6. Übung Lenksäule II – Ausarbeitung prinzipieller Lösungen (Prinzipskizzen, Morphologisches Schema) 22.01. -

7. Übung Lenksäule III – Ausarbeiten und Bewerten (SFS, Punktbewertung) 29.01. -

8. Klausurvorbereitung 05.02. -

9. Puffer 12.02. -

Documents

Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion