Allgemeine und konstruktive Grundlagen

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--Schwein 22:33, 8. Okt. 2008 (CEST)

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Was heißt „konstruieren“?

Eine Konstruktion ist meist eine Maschine, Apparat oder ein Gerät, welch eine Problem-/Aufgabenstellung löst bzw. erledigt. Der Zeitraum von Idee bzw. Ideenfindung bis zum Erstellen der vollständigen Dokumentation nennt man den Konstruktionszeitraum. Nicht jede Konstruktion beginnt bei Null, wie Varianten- und Anpassungskonstruktionen zeigen. Bei diesen stehen oft die Aufgabenstellungen bereits fest, z.B. eine vergrößerte Variante vom Original. Um das Konstruieren zu erleichtern, kann man das „methodische Konstruieren“ anwenden.

Welche Probleme wirken auf die Konstruktion ein?

Problemursachen können viele Gründe haben.

• Warum sollen wir neukonstruieren?
• Sind die Randbedingungen vollständig?
• Wie sieht das Bugdet aus?
• Welcher Zeitraum steht zur Verfügung?
• Haben Mitbewerber bessere Produkte in der Mache?
• Gibt es Konflikte mit Patenten oder Ähnlichem?

Rationalisierungsdruck

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Aufteilung der Herstellkosten

Durch fehlerhafte Konstruktionen können Nacharbeiten/Korrekturen und hohe Folgekosten entstehen. Gerade an diesem Beispiel sieht man, wie wichtig die Konstruktionsphase ist. Folglich setzt die Rationalisierung oft in der Konstruktion an. Auch in Bezug auf die gesamten Herstellkosten. Siehe Diagramm Bild 1-1.

Produktlebenszyklus

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Kostenverlauf

Zusätzlich zu dem Einfluss der Herstellkosten wirkt auf die „Zeit“ auf die Konstruktion ein. Damit ist gemeint, ob ein Produkt zeitgemäß ist und auch den Markt anspricht. Produkte werden früher oder später alt. Neuauflage oder Ersatzprodukte werden erforderlich, um keine Marktanteile gegen den Wettbewerb zu verlieren. Der Produktlebenszyklus eines Produktes beginnt mit der Entwicklung und Konstruktion bis hin zum Auslaufen vom Verkauf. Je nach Produkt, kann die wenige Monate sein (wie zum Beispiel bei Grafikkarten für Computer) bis hin zu vielen Jahren (wie zum Beispiel PKW´s). Entwicklung der Technik und sich verändernde Kundenbedürfnisse sind Einflüsse auf den Produktlebenszyklus.

Steigende Qualitätsanforderungen an das Produkt

Die Qualitätsanforderungen können an einem Produkt können sich erhöhen, wenn der Wettbewerb höherwertige Produkte anbietet oder auch alleine der Markt höhere Qualität fordert. Siehe auch Produktlebenszyklus.

Konstruieren mit Methode

Das „Methodische Konstruieren“ lässt sich in der VDI-Richtlinie 2222 ausführlich nachschlagen. Folgende Punkte enthalten ausgewählte Teile, um dies einem auf leichtem Weg näher zu bringen.

Vorteile von „Methodisches Konstruieren“

Durch methodisches Konstruieren sollen mehr, besser und auch schneller Lösungen auffindbar werden. Zudem erleichtert das methodische Konstruieren die Erlernbarkeit für Einsteiger. Auch Neulinge erreichen so gute Ergebnisse.

Das Funktionsdenken des Menschen (Abstraktionsgrad)

Aufgrund der Denkweise des Menschen, verknüpfen wir viele Dinge mit Bildern. Dadurch trägt die Konstruktion eine „Handschrift“ des Konstrukteurs. Leider ist ein Zeichen für unsere eingeschränkte Kreativität. Bei der Aufgabenformulierung „Konstruieren Sie ein Zahnradgetriebe“ sieht der Konstrukteur schon Bild mit Zahnrädern vor Augen. Die Lösung ist auf die Anwendung von Zahnrädern gegrenzt. Alternative Lösungen wie Riementriebe, Reibräder, hydrostatische Wandler und weitere Möglichkeiten sind so im Vorfeld bereits ausgeschlossen. Eine optimale Lösung ist so unwahrscheinlich. Andererseits ist eine zu offene Formulierung auch von Nachteil, weil die Anzahl aller Lösungsmöglichkeiten steigt um ein Vielfaches steigt.

Erstellen einer Funktionsstruktur und sinnvoll Teilaufgaben bilden

Die Definition aus dem Buch „Konstruieren, Gestalten, Entwerfen“ lautet: „Die Funktionsstruktur eines technischen Produktes ist die Verknüpfung ihrer Teilfunktionen für den Hauptumsatz und die Nebenumsätze, die zur Erfüllung der Gesamtfunktion erforderlich sind und ihre Darstellung als Blockschaltbild.“

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Funktionsstruktur als Blockschaltbild

Für Neukonstruktionen ist es empfehlenswert, eine Funktionsstruktur anzulegen. Mit Hilfe der Abstraktion können wir Teilaufgaben bilden. Alle Teilaufgaben zusammen erfüllen die Gesamtfunktion. In der Funktionsstruktur werden die Teilfunktionen „nur“ als eine Blackboxes dargestellt. Siehe dazu Bild 1-6 und Bild 1-7. Dies sorgt für eine vorurteilsfreie Arbeit des Konstrukteurs. Jeder bekommt seine Aufgabe, auf die er sich voll und ganz konzentrieren kann.

Aufgaben sinnvoll aufteilen in Teilaufgaben

Das methodische Konstruieren ist in vier Phasen aufgeteilt. Begonnen wird mit „Analysieren“, gefolgt von „Konzipieren“ über „Entwerfen“ bis „Ausarbeiten“. Nach der letzten Phase beginnt die Arbeitsvorbereitung, Fertigung, Montage und Verkauf.

Vorgehensweise

Nachfolgend sind die vier Phasen des Methodischen Konstruieren kurz beschrieben.

Analyse/Formulierung der Entwicklungsaufgabe

In dieser Phase werden alle Informationen beschafft. Quellen hierfür sind Kundenaufträge oder Entwicklungsaufträge. Aus den Informationen wird eine Anforderungsliste erstellt, in der in drei Kategorien gegliedert wird. Forderungen, Wünsche und Empfehlungen. Forderungen müssen erfüllt werden, um die Funktion der Konstruktion erfüllen zu können. Wünsche und Empfehlungen versucht man soweit wie wirtschaftlich möglich, mit zu berücksichtigen.

• Sammeln von Informationen
• Stand der Technik prüfen (Literatur, Konkurrenzprodukte, Konstruktionskataloge, Patente)
• Interne Informationen (Trendstudien, Kundenresonanzen, Fachwissen der Abteilungen)
• Feste Daten (interne Vorschriften, Normen, Standards, Richtlinien)

Konzipierungsphase

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Nachdem die zu erfüllende Zielfunktion bekannt ist, können nun Lösungsvorschläge gesammelt werden. Eine gute Möglichkeit hierfür ist Brainstorming oder ähnliche Verfahren. Alle Lösungen werden gesammelt, um anschließend technische und wirtschaftlich zu bewerten. Das Konzipieren (Bewertung): Für die technische Bewertung hat sich eine Punktbewertung bewährt. Es werden nur positive Kriterien bewertet. (Geräuscharmut und nicht Lärmentwicklung). Für wirtschaftliche Bewertung werden die Herstellkosten mit Mitbewerberprodukten verglichen. Aus beiden Bewertungen lassen sich als Diagramm darstellen. Anhand der dieser Bewertungen kann nun die „beste“ Lösung herausgesucht werden.

Entwurfsphase

Zuerst wird eine schematische Gesamtdarstellung erstellt. Anschließend werden alle fertigungs- und montagerelevanten Zeichnungen, Pläne und Anweisungen angefertigt. Dabei werden vorerst meist nur die Funktions- und Außenmaße festgelegt.

Ausarbeitungsphase

Darauffolgend erstehen auch alle weiteren Detailmaße. Als nächster Schritt werden die Unterlagen an die Fertigung gegeben, womit auch die letzte Phase der „Methodischen Konstruktion“ endet.

Beispiel für "Methodisches Konstruieren"

Siehe Projektarbeit Riementrieb

Aufgabenblätter und Lösungen

Hier Link zu einem interaktiven Arbeitsblatt hinzufügen.

Literatur, Quellen und Links

Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag , 18. Aufl. 2007, ISBN 3-834-80262-X , € 36,90.

Konstruieren Gestalten Entwerfen vom Vieweg Verlag; 4. Auflage ISBN 3-528-03841-1

Link zu "Konstruktion" im Wikipedia

Link zu "Brainstorming" im Wikipedia

Link zu "Ideenfindung" im Wikipedia