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KL I Summary

Date post: 02-Oct-2015
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Construction science Summary RWTH
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Zusammenfassung Konstruktionslehre 1 Vorlesung 1: Anforderungsermittlung Zweckbeschreibung: beschreibt lösungsneutral die Aufgabe eines Produkts. Produktart = f (Zweck). Synonym mit „Aufgabe“ und „Gesamtfunktion“. Quellen einer Anforderungsliste o Anfrage oder Kundenauftrag (Order) o Produktmanagement/Marketing o Schadensfälle/Verbesserungen o Firmenintern/-extern o Dokumente, Produkte, Personen Schritte zum Aufstellen einer Anforderungsliste o Festlegen der Rahmenbedingungen o Ermitteln der Kundenanforderungen o Anforderungen aus Quellen ermitteln o Methoden zum Ergänzen und Erweitern o Festlegen der Anforderungsliste und Freigabe zum Konzipieren Rahmenbedingungen und Restriktionen bei der Anforderungsermittlung Marktanforderungen, Gesetze, Richtlinien, Fertigung, Transport, Gesellschaft/Politik Grundkategorien der Anforderungen o Rahmenbedingungen: Wirtschaftliche (Budget für Produkt und Projekt) und organisatorische (Liefertermin, Entwicklungspartner des Projekts) Anforderungen o Funktionalanforderungen (technologisch): Abmessungen, Gewicht, Leistung des Produkts o Qualitätsanforderungen (technologisch): Zuverlässige Funktionserfüllung Anforderungsarten: explizit („ausgesprochen“), implizit (müssen ermittelt werden) Verschiedene Arten der Methoden zur Anforderungsermittlung und können diese mit Hilfe von Beispielen erklären o Produktfragelisten: 10-20 Fragen über Zweck, Eigenschaften und Beziehung zur Umgebung o Assoziationslisten: Leitlinien/Hauptgesichtspunkten o Analyse der Produktumgebung: Analyse für den Gebrauchs- und Betriebszustand (Wechselwirkung Produkt-Umgebung) o Analyse der Lebenslaufphasen: Szenariotechnik für jede Lebensphase und Lebenssituation des Produkts (Was kann passieren? Wie soll das Produkt reagieren?)
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  • Zusammenfassung Konstruktionslehre 1

    Vorlesung 1: Anforderungsermittlung Zweckbeschreibung: beschreibt lsungsneutral die Aufgabe eines Produkts.

    Produktart = f (Zweck). Synonym mit Aufgabe und Gesamtfunktion. Quellen einer Anforderungsliste

    o Anfrage oder Kundenauftrag (Order) o Produktmanagement/Marketing o Schadensflle/Verbesserungen o Firmenintern/-extern o Dokumente, Produkte, Personen

    Schritte zum Aufstellen einer Anforderungsliste o Festlegen der Rahmenbedingungen o Ermitteln der Kundenanforderungen o Anforderungen aus Quellen ermitteln o Methoden zum Ergnzen und Erweitern o Festlegen der Anforderungsliste und Freigabe zum Konzipieren

    Rahmenbedingungen und Restriktionen bei der Anforderungsermittlung Marktanforderungen, Gesetze, Richtlinien, Fertigung, Transport, Gesellschaft/Politik

    Grundkategorien der Anforderungen o Rahmenbedingungen: Wirtschaftliche (Budget fr Produkt und Projekt) und

    organisatorische (Liefertermin, Entwicklungspartner des Projekts) Anforderungen

    o Funktionalanforderungen (technologisch): Abmessungen, Gewicht, Leistung des Produkts

    o Qualittsanforderungen (technologisch): Zuverlssige Funktionserfllung Anforderungsarten: explizit (ausgesprochen), implizit (mssen ermittelt

    werden) Verschiedene Arten der Methoden zur Anforderungsermittlung und knnen

    diese mit Hilfe von Beispielen erklren o Produktfragelisten: 10-20 Fragen ber Zweck, Eigenschaften und Beziehung

    zur Umgebung o Assoziationslisten: Leitlinien/Hauptgesichtspunkten o Analyse der Produktumgebung: Analyse fr den Gebrauchs- und

    Betriebszustand (Wechselwirkung Produkt-Umgebung) o Analyse der Lebenslaufphasen: Szenariotechnik fr jede Lebensphase und

    Lebenssituation des Produkts (Was kann passieren? Wie soll das Produkt reagieren?)

  • Anforderungsklassen und deren Priorisierung nach Kano

    Aufbau einer Anforderungsliste

  • Die gngigsten Tools fr das Anforderungsmanagement

    Vorlesung 2, 3: Konzept Definition System

    Gesamtheit geordneter Elemente, z. B. technische Gebilde oder Funktionen, die aufgrund ihrer Eigenschaften durch Relationen verknpft und durch eine Systemgrenze umgeben sind.

    Definition Funktion Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem Ziel, einen Zweck zu erfllen.

    Hauptflsse einer Funktion. o Energie (Maschine) o Stoff (Apparat) o Signal/Information (Gert)

    Begriffe zur Funktionssynthese o Funktion: Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und

    Ausgang eines Systems mit dem Ziel, einen Zweck zu erfllen. o Gesamtfunktion: Funktion, die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst. o Teilfunktion: Funktion, die eine Teilaufgabe erfasst. o Hauptfunktion: Teilfunktion, die unmittelbar der Gesamtfunktion dient. o Nebenfunktion: Teilfunktion, die die Hauptfunktion untersttzt und daher nur

    mittelbar der Gesamtfunktion dient. o Elementarfunktion (nach Koller): Funktion, die sich nicht weiter gliedern lsst

    und allgemein anwendbar ist. o Funktionsstruktur: Eine Funktionsstruktur ist eine lsungsneutrale

    Gliederung der Gesamtfunktion (Zweck) in Teilfunktionen, die durch Relationen verknpft sind (logischer Zusammenhang).

  • Allgemeine Funktionen nach Pahl/Beitz

    Methoden zum Aufstellen einer Funktionsstruktur

    o Input-Output-Methode:

    ! Funktionen im mathematischen Sinn ! Eindeutiger Zusammenhang zwischen Eingangs- und

    Ausgangsgren ! Besonders geeignet fr: Produkte, bei denen ein Prozessablauf oder

    der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt eine Rolle spielt. o Hierarchische Methode:

    ! Zielorientiertes Modell ! Substantiv und Verb Modell ! Top-Down oder Bottom-Up ! Besonders geeignet fr: Produkte, bei denen die Reihenfolge von

    Ereignissen keine Rolle spielt, sondern ihre Abhngigkeit voneinander.

  • Vorgehen beim Aufstellen einer Funktionsstruktur:

    1. Zweckbeschreibung definieren 2. Hauptfluss festlegen (Stoff, Energie, Signal) 3. Aufstellen der Gesamtfunktion (Hufig durch scharfes Hinsehen mglich) 4. Gesamtfunktion in wenige/wesentliche Teilfunktionen (Haupt- &

    Nebenfunktionen) zerlegen (konkret aber lsungsneutral) 5. Evtl. weitere Teilfunktionen einfhren 6. Evtl. Nebenfunktionen/-flsse einfhren

    Fr Input-Output-Methode noch: 7. Fr Koller: Den Teilfunktionen Elementarfunktionen zuordnen 8. Funktionsstruktur variieren " Lsungsfeld erweitern

    Allgemein einsetzbare Lsungsmethoden o Diskursive Methoden: Systematisch-methodische Lsungsfindung auf Basis

    der Erkenntnisse der Naturwissenschaften (z.B. physikalische Zusammenhnge oder Kataloge)

    o Analogie-Methoden: Systematisch-methodische Lsungsfindung durch Betrachtung der Lsungen fr bereits gelste, gleiche oder hnliche Aufgabenstellungen

    o Heuristische Methoden: Lsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der menschlichen Kreativitt

    Innovationsmethode nach Koller Der Koller Ansatz beschreibt einen Katalog, der jeder Elementarfunktion einen oder mehrere physikalische Effekte zuordnet. Das fhrt dazu, dass der Ingenieur unabhngig von seinem Physikwissen konzipieren kann.

    Elemente aus dem das Wirkkonzept (Prinziplsung) besteht o Physikalischer Effekt o Effekttrger: Der Stoff (Material), der zur Umsetzung des physikalischen

    Effektes in ein technisches Gebilde genutzt wird. Effekttrger sind verschieden, wenn sie sich in ihren relevanten Eigenschaften deutlich unterscheiden (Stahl Kunststoff Holz, nicht: St37 St52). Durch die Gestaltung der Wirkflchen des Effekttrgers wird der physikalische Effekt erzwungen.

    o Qualitative Gestaltparameter des Wirkorts (Alle im physikalischen Gesetz vorkommenden Parameter) Mit Hilfe der Prinziplsung kann der Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden.

    Grundgedanken von TRIZ Theorie des erfinderischen Problemlsens. Der Groteil der Erfindungen basiert auf einer begrenzten Anzahl an Lsungsprinzipien.

    Die vier Schritte der TRIZ-Vorgehensweise 1. Formulierung eines konkreten Problems 2. Abstraktion des konkreten Problems 3. Transformation des Standardproblems in eine Standardlsung 4. bertragung der Standardlsung in eine konkrete Lsung

    Die 4 Werkzeuge der TRIZ 1. Systematik: Analyse der Aufgabenstellung und Anregung neuer Ideen. (Bsp.:

    Innovations-Checkliste) 2. Wissen: Informationsspeicher (Bsp.: Internetrecherchen, Patentrecherchen) 3. Analogie: Grundprinzipien erfolgreicher Lsungen (Bsp.:

    Widerspruchsmatrix) 4. Vision: Gesetze der technischen Entwicklung (Bsp.: Evolutionsgesetze)

  • Grundgedanken heuristischer Lsungsmethoden Intuitive Methoden, die auf spontanen Einfllen beruhen. Dienen der Ergnzung der diskursiven Methoden und setzen eine tolerante und ungezwungene Atmosphre voraus.

    Vor- und Nachteile der heuristischen Lsungsmethoden o Vorteile: Viele unterschiedliche Ideen o Nachteile: Keine Garantie fr termingerechte Lsungsfindung

    Methoden der Analogiebetrachtung zum Finden von Lsungen o Bionik: Wissenszweig, der die Funktionsweise und Strukturen von

    Lebewesen hinsichtlich ihrer technischen Umsetzung untersucht. o Technische Systeme

    Grundgedanken der systematischen Lsungsfelderweiterung mit Hilfe der Prinziplsung und ihrer Komponenten Lcken erkennen und schlieen und gefundene Lsungen erweitern und ergnzen: o Variation des physikalischen Effektes (Effektsynthese) o Variation des Effekttrgers (Effekttrgersynthese) o Variation der Prinziplsung o Variation der Wirkflchen (Gestaltsynthese) o Variation der Struktur (Funktionsstruktur, Prinzipstruktur, Baustruktur,

    Systemstruktur) Vorgehen mit Ordnungsschemata (Helfen, noch nicht entdeckte Lsungen

    systematisch zu finden): 1. Gefundene Lsungen clustern, z. B. nach physikalischen Effekten,

    Wirkflchenform... 2. Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas 3. Einsortieren der Lsungen in das Ordnungsschema 4. Evtl. Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas 5. Fllen der weien Felder des Ordnungsschemas

    Vorgehen beim Aufstellen einer Gesamtlsung Morphologischer Kasten: 1. Teilfunktionen der Kopfspalte in der Reihenfolge der Funktionsstruktur

    auffhren 2. Gegebenenfalls trennen nach: Energie-, Stoff-, Signalfluss 3. Prinziplsungen durch zustzliche Spaltenparameter, z. B. Energieart,

    zweckmig ordnen 4. Verstndliche und erklrende Skizzen der Prinziplsungen darstellen 5. Die wichtigsten Eigenschaften der Prinziplsungen mit eintragen

    Verschiedene Probleme/Schwierigkeiten des morphologischen Kastens und mgliche Lsungsanstze o Groer Aufwand o Kombination der Wirkprinzipien muss anschaulich und eindeutig sein o Kein Wechsel zwischen Prinzipien und Flussarten o Erkennen von geometrischer Kollisionsfreiheit/Durchdringung o Erkennen der technisch und wirtschaftlich optimalen Kombination

  • Vorlesung 4: Gestalten als Prozess Definition Produktarchitektur

    Beschreibt das Produkt durch eine Funktionsstruktur (funktionale Produktbeschreibung) und eine Produktstruktur (physische Produktbeschreibung)

    ! Die 4 Hauptschritte des Gestaltungsprozesses 1. Erkennen Gestalt beeinflussender Gren: (Bsp.: Schnittstellen im Produkt,

    bestehende Bestnde) 2. Globalbetrachtung des Produkts: von auen nach innen 3. Ermitteln/Festlegen der Produktstruktur 4. Geometrie und Werkstoff restlicher Komponenten: Gestalten der Bauteile

    und Werkstoffauswahl Die 3 Teilschritte zum Festlegen der Produktstruktur

    1. Ermitteln / Festlegen der Anforderungen an die Produktstruktur 2. Ermitteln / Festlegen der zu verwendenden Baugruppen und ihre

    Schnittstellen 3. Ermitteln / Festlegen verwendbarer Bauteile und ihrer Schnittstellen

    Zusammenhang des Wirk- und Gestaltkonzept eines Produkts o Wirkkonzept (WK): Wird zuerst festgelegt und bestimmt die zur

    Funktionserfllung gewhlten physikalischen Effekte und deren Verknpfungen untereinander

    o Gestaltungskonzept (GK): Legt die Hauptabmessungen und gestaltung sowie die Zuordnung der wesentlichen Elemente eines Produkts unter Bercksichtigung des Hauptflusses fest

    o Zusammenhang/Schnittstelle: Geometrie des Wirkorts (WFP). Hier wird der physikalische Effekt erzeugt. Gestaltung des Bauteils des Wirkkonzeptes entsprechend.

    Definitionen des Elementmodells: o Wirkflchen (-paare) (WFP): Feste Oberflchen von Krpern oder

    generalisierte Grenzflchen von Flssigkeiten, Gasen oder Feldern, die dauernd oder zeitweise im Kontakt zu einer weiteren Wirkflche stehen und am Energie-, Stoff- und Informationsaustausch des technischen Systems beteiligt sind.

    o Leitsttzstruktur (LSS): Volumina von Krpern, Flssigkeiten, Gasen oder felddurchsetzte Rume, die genau zwei Wirkflchenpaare verbinden und dauernd oder zeitweise eine Leitung von Energie, Stoff oder Information zwischen den Wirkflchen eines Krpers, einer Flssigkeit, eines Gases oder eines Feldes ermglichen.

    o Funktionskontakt (FK): Teil des Wirkflchenpaares, in dem aktuell die Wechselwirkung stattfindet.

    o Wirkstruktur (WS): Menge aller Wirkflchen und Leitsttzstrukturen eines technischen Systems, eines technischen Teilsystems oder eines Bauteils.

    o Begrenzungsflche (BF): Feste Oberflchen von Krpern oder generalisierte Grenzflchen von Flssigkeiten, Gasen oder Feldern, die nie Wirkflchen sind.

    o Reststruktur (RS): Volumina von Krpern, Flssigkeiten, Gasen oder felderfllte Rume, die nie Tragstruktur werden.

    Die Einflsse auf das Gestalten o Qualitatives Gestalten:

    ! Geforderte Funktion/Teilfunktionen ! Gewhlter physikalischer Effekt, Effekttrger ! Prinziplsung (Wirkflche, Wirkbewegung, Werkstoff)

  • o Quantitatives Gestalten: ! Geometrische Restriktionen (Bauraum, Schnittstellen, Normteile,

    Kaufteile,...) ! Geforderte Leistung (Drehmoment, Krfte, Volumenstrom, Stck/h) ! Allgemeine interne/externe Restriktionen (Herstellprozess, Transport)

    Vorlesung 5: Grundregeln der Gestaltung Eindeutig und Einfach Definitionen Eindeutig

    Die technische Funktion muss erfllt werden o Funktionsstruktur: klare Zuordnung der Teilfunktionen mit zugehrigen

    Eingangs- und Ausgangsgren.

    o Wirkprinzip: Beschreibbare Zusammenhnge zwischen Ursache und

    Wirkung; Geordnete Fhrung des Energie-, Stoff- und Signalflusses; Definierte Dehnungsrichtung und mglichkeiten (Bsp.: Zentrierungen)

  • o Auslegung: Kenntnis eines eindeutigen Lastzustands nach Gre, Art und

    Hufigkeit oder Zeit unumgnglich; In allen Betriebszustnden ein beschreibbarer Beanspruchungszustand, der berechnet werden kann (Bsp.: keine Doppelpassung)

  • o Ergonomie: Reihenfolge und Ausfhrung der Bedienung der Maschine durch

    Menschen mittels entsprechender Anordnung und Schaltungsart in folgerichtiger Weise erzwingen

    o Fertigung und Kontrolle: Eindeutigkeit in rechnerinternen Produktmodellen, Zeichnungen, Stcklisten, Anweisungen

    o Montage: Zwangslufige und Irrtmer ausschlieende Montagefolge

    o Transport: Ermglichen; Transporthilfen vorsehen, Schwerpunkt beachten o Gebrauch und Instandhaltung: Betriebsergebnisse bersichtlich und

    kontrollierbar; Inspektion und Wartung mit mglichst wenig unterschiedlichen Hilfsstoffen ausfhrbar; Inspektions- und Wartungsmanahmen hinsichtlich Zeitpunkt und Umfang klar definiert; Inspektion und Wartung nach ihrer Durchfhrung eindeutig kontrollierbar

    o Recycling: Trennstellen zwischen verwertungsunvertrglichen Werkstoffen; Eindeutige Montage- und Demontagefolgen

  • o Zusammenfassung:

    Definition Einfach

    Die Realisierung muss wirtschaftlich mglich sein o Funktion: Mglichst geringe Anzahl, sowie bersichtliche und folgerichtige

    Verknpfung von Teilfunktionen o Wirkprinzip: Geringe Anzahl von Vorgngen und Komponenten;

    durchschaubare Gesetzmigkeiten; Geringer Aufwand o Auslegung: Verwendung geometrischer Formen, die direkt nach

    mathematischen Anstzen der Festigkeits- und Elastizittslehre auslegbar sind; Symmetrische Formen verwenden, die eine bersichtliche Verformung unter Last und Temperatur erzwingen

    o Ergonomie: Sinnfllige Bedienvorgnge; bersichtliche Anordnung; leicht verstndliche Signale

    o Fertigung und Kontrolle: Schnelle Bearbeitung ermglichen; Wenige Fertigungsverfahren mit geringen Umspann-, Rst- und Wartezeiten; bersichtliche Formen, die Kontrolle erleichtern

    o Montage und Transport: Leicht erkennbare Montageteile; Schnelle, durchschaubare Montage ermglichen

    o Gebrauch und Instandhaltung: Gebrauch ohne besondere und komplizierte Anweisung mglich; bersichtlichkeit; Leichte Erkennbarkeit von Abweichungen und Strungen

    o Recycling: Verwendung von verwertungsvertrglichen Werkstoffen; einfache Montage- und Demontage; Einfaches Recycling durch Einfachheit der Teile; Ein-Werkstoff-Systeme

    o Kosten: Reduzierung der Teilevielfalt und anzahl; Verwendung gleicher Bauteile und Komponenten; Wiederverwendung bestehender Bauteile

    o Zusammenfassung:

  • Vorlesung 6: Grundregeln der Gestaltung Sicher Definition Sicherheit entsprechend der Maschinenrichtlinien

    Eine Sachlagen, bei der das Risiko kleiner als das Grenzrisiko ist Definition Grenzrisiko

    Das grte noch vertretbare anlagenspezifische Risiko eines bestimmten technischen Vorgangs oder Zustands

    Prozess zur Produktzertifizierung nach der Maschinenrichtlinie Prinzipien und die 3 Stufen der Sicherheitstechnik

    o Unmittelbare ST: Eine Gefhrdung ist von vornherein und aus sich heraus ausgeschlossen (grundstzliches Ziel) ! Safe-life-Verhalten: Alle mglichen Vorkommnisse werden ohne

    Versagen oder Strung berstanden ! Fail-safe-Verhalten: Bei Funktionsstrung oder Bruch kommt es zu keinen

    schwerwiegenden Folgen ! Redundante Anordnung: Mehrfachanordnung eines

    Systems/Systemelements, sodass bei Ausfall eines Elements die anderen Elemente weiterhin die Funktionalitt gewhrleisten knnen

    o Mittelbare ST: Durch das Erstellen von Schutzsystemen und die Anordnung von Schutzeinrichtungen wird die Gefahr isoliert ! Schutzsysteme: Lsen bei Gefhrdung mithilfe eines Signals aus (Bsp.:

    Lichtschranken) ! Schutzorgane: Lsen bei Gefhrdung ohne ein Signal aus (Bsp.:

    Schnittschutzhose) ! Schutzeinrichtungen: Keine Schutzreaktion, passive Rolle des Trennens

    (Bsp.: Schutzhaube, Isolation) o Hinweisende ST: Auf Gefahrenquellen hinweisen und diese kenntlich

    machen (Nur als zustzliche Manahme) Die verschiedenen Ausprgungen der Redundanz

    o Aktive Redundanz: Alle Systeme sind aktiv an der Aufgabe beteiligt o Passive Redundanz: Systeme/Systemelemente stehen in Reserve. Bei

    Ausfall des aktiven Systems wird das passive aktiviert. o Prinzipredundanz: Redundante Funktion eines anderen Wirkprinzips (Bsp.:

    Grtel und Hosentrger) Ablauf einer CE-Zertifizierung

  • Einfluss des Werkstoffs auf die Produktsicherheit Durch die Wahl eine an die Einsatzbedingungen angepassten Werkstoffs kann die Sicherheit des Produkts erhht werden (Bsp.: Korrosionsresistenz, Schwingungsfestigkeit, gute Schmiermittelbehaftung, statisch duktil, dynamisch - dauerfest...)

    Vorlesung 7, 8: Gestaltungsprinzipien Definition Gestaltungsprinzipien

    bergeordnete Prinzipien zur Gestaltung und zielen unter anderem auf minimale Herstellkosten und Verluste, minimales Gewicht und minimalen Raumbedarf ab. Abhngig von der Aufgabenstellung, da widersprchliche Ziele.

    Unterschied zu den Gestaltungsgrundregeln Grundregeln sind unabhngig von der Aufgabenstellung immer anwendbar, Gestaltungsprinzipien ergnzen die Grundregeln

    Prinzip der Kraftleitung o Prinzip der gleichen Gestaltfestigkeit o Kurze und direkte Kraftleitung:

    ! Ziel: Minimum an Werkstoffaufwand und resultierender Verformung ! Weg: Nur Zugkrfte oder Druckkrfte bertragen " gleichmige

    Werkstoffausnutzung ! Kraftfluss muss stets geschlossen sein (keine Biegebeanspruchung) ! Kraftfluss muss so kurz wie mglich sein ! Vermeide: Kraftumlenkung, schroffe Querschnittsnderung (durch

    Entlastungskerben), nderung der Kraftflussdichte

  • o Prinzip der abgestimmten Verformung

    ! Zusatzbeanspruchung durch Relativverformung ! Ziel: Gleichmige Werkstoffausnutzung ! Weg: Gleichgerichtete Verformungen, mglichst kleine

    Relativverformungen

  • o Prinzip des Kraftausgleichs ! Ziel: System ist nach auen krftefrei ! Weg: Symmetrischer Aufbau hinsichtlich des Kraftflusses

    Prinzip der Stabilitt und Bistabilitt

    o Ziel: Eindeutigen Zustand eines Systems gewhrleisten o Stabilitt:

    ! Weg: Resultierende Wirkungen aus einer Strung wirken dieser entgegen

  • o Bistabilitt: ! Weg: Bei Erreichen eines Grenzzustandes tritt ein neuer, deutlich

    verschiedener Zustand ohne Zwischenzustnde ein

    ! Gestaltungsmglichkeiten fr Wippschalter:

    ! Gestaltungsmglichkeit der Klappfunktion eines Mobiltelefons

  • Prinzip der fehlerarmen Gestaltung o Ziel: Reduktion der Fehlerwahrscheinlichkeit (Bsp.: Enge Toleranzen) in

    einem technischen System o Weg: Eindeutiger und einfacher Aufbau des Systems; Von Strgren

    unabhngige Funktionsgren

    Prinzip der Aufgabenteilung

    o Untersttzt die Grundregel eindeutig o Hilft bei der berwindung von Leistungsgrenzen

    o Bei unterschiedlichen Funktionen: Untersttzt Grundregel eindeutig

  • o Bei gleicher Funktion ! Ziel: Leistungserhhung; berwindung der Grenzleistung des Systems;

    Sicherheit durch Redundanz ! Beachte: Doppelpassungen; Toleranzen; Leistungserhhung nicht

    proportional zur Anzahl der zustzlichen Funktionstrger Prinzip der Selbsthilfe

    o Ziel: Selbstverstrkung der gewollten Wirkung oder Selbstschutz bei berbeanspruchung

    o Weg: Zustzliche Wirkung ohne zustzliche Elemente oder Energie o Verstrkende Wirkung durch Kraftteilung/-leitung der Strwirkung in

    Richtung der gewollten Kraftrichtung

    o Vernderung der Kraftleitungswege bei berlast o Strwirkung in derselben Richtung wie die Nutzwirkung o Selbstverstrkend

    o Selbstausgleichend:

    ! Ziel: Aus Krften/Momenten resultierende Beanspruchungen heben sich so weit wie mglich auf; Leistungserhhung durch entstehende zustzliche Krfte/Momente, die in einer festen und definierten Zuordnung zueinander stehen

    ! Weg: Hilfsgre wird bei Normallast aus begeleitenden Nebengren gewonnen; Wirkt der Ursprungswirkung entgegen und erzielt dadurch einen Ausgleich

  • o Selbstschtzend: ! Ziel: Bei berlast kommt ein anderer Kraftleitungsweg zur Wirkung ! Weg: Nutzung der elastischen Verformung von Bauteilen bei Belastung

    Das Dilemma beim Prinzip der Aufgabenteilung Konflikt zwischen Eindeutigkeit und Bndelung von Funktionalitten auf ein Bauteil. Abhilfe liefern: Analyse der Anforderungsliste bzgl. Relevanter Anforderungen; Prferenzmatrix; Nutzwertanalyse

    Das Prinzip der Aufgabenteilung in Anbetracht eines Planetenradgetriebes Bei gleicher Funktion wird das Drehmoment auf zwei, drei oder vier Planetenrder aufgeteilt. Das Sonnenrad wird durch Planetenrder gelagert

    Unterschied zwischen selbsthelfend und selbstschtzend

    Selbsthelfend bedeutet, dass eine gewollte Wirkung verstrkt wird, selbstschtzend hingegen, dass ein weiteres Systemelement das Versagen des primren Elementes verhindert

    Vorlesung 9, 10, 11, 12: Gestaltungsrichtlinien Definition Gestaltungsrichtlinien:

    Kriterien, die zu einer anwendungs-, auftrags- oder unternehmensspezifischen Gestaltung fhren.

    Ausdehnungsgerecht: o Ziel: Sichere Funktionserfllung des Systems auch bei Ausdehnung

    einzelner Systemelemente o Weg: Zweckentsprechende Anordnung der Systemelemente und/oder

    Werkstoffwahl (Fest-/Loslagerung, Schrauben mit Dehnschaft) o Ausdehnung aufgrund von Krften (nach Hooke) o Ausdehnung aufgrund von Temperatur o Fhrt zu Verklemmen von rotatorischen und translatorischen Fhrungen o Manahmen:

    ! Fhrungen mit Freiheitsgrad fr thermische Ausdehnung ! Homogene Ausdehnung sicherstellen mit abgestimmter Lnge,

    Temperatur und abgestimmtem Werkstoff ! Fhrungen auf thermischer Symmetrielinie anordnen

  • Unterschied zwischen der geometrischen und der thermischen Symmetrielinie Thermische Symmetrielinie ist abhngig vom Temperaturgradienten im Bauteil. Wird bei der ausdehnungsgerechten Gestaltung benutzt, um eine symmetrische thermische Ausdehnung zu gewhrleisten (Verhinderung von Verklemmen)

    Anordnung von Fhrungen bei thermischer Beanspruchung von Baugruppen

    Auswirkung unterschiedlicher Zeitkonstanten von Bauteilen einer Baugruppe

    mithilfe eines Diagramms

    Sie knnen die Manahmen zum Angleichen der Zeitkonstanten nennen und

    erlutern o Beeinflussung der Wrmebergangszahl durch Isolation,

    Wrmestrahlungsschutz, Khlung, Wrmeleitpaste

  • o Beeinflussung der Wrmekapazitt durch Werkstoffwahl o Beeinflussung der Masse (Volumen) und der beheizten Oberflche

    Kriechgerecht o Problem: Plastische Verformung durch Abfall des E-Moduls durch erhhte

    Temperatur oder Belastung des Werkstoffs bis zur Fliegrenze o 3 Kriechbereiche: primr (anfnglich hoch, dann abnehmend), sekundr

    (konstant), tertir (ansteigend bis zum Bruch) Relaxationsgerecht

    o Relaxation bedeutet der Verlust von elastischer Spannung, bzw. die Umwandlung von elastischer Dehnung zu plastischer Dehnung bei gleicher Lnge

    o Gewisser Selbstschutz: Bauteilspannung sinkt, Bauteil bricht also nicht, sondern wird plastisch verformt

    o Manahmen: elastische Verbindungen, wenige Trennfugen mit feinen Oberflchen, an Beanspruchungsart orientieren, Nachziehen der Fgeverbindungen

    Unterschied zwischen der Relaxation und dem Kriechen von Bauteilen Beim Kriechen ndern sich die Mae eines Bauteils, bei der Relaxation nur die Spannung

    Montagegerecht Durch Produktstruktur (Gliederung des Produkts in die Bauteile und Baugruppen) beeinflusst (Zugnglichkeit der Montagestellen, Mglichkeit der parallelen Montageoperationen, Anzahl der Montageoperationen) o Manahmen:

    ! Reduzierung der Montageoperationen ! Vereinheitlichung der Montageoperationen ! Vereinfachen der Montageoperationen ! Gliedern der Montageoperationen (Baustruktur)

    Die Schritte des Montageprozessen

    Dreh- und Frsgerecht Mess- und Prfgerecht

    o Ziel: berprfung, ob Vorgaben der Konstruktion eingehalten wurden o Weg: Zugnglichkeit fr Messmittel, Messpunkte vorsehen, messgerechte

    Bemaung

  • o Motivation: Sicherheitsaspekte, Produkthaftung, Kosten durch Mngel o Manahmen:

    ! wenn erforderlich, spanend bearbeitete Messhilfsflchen vorsehen (Brennteile, Rohrkonstruktionen)

    ! Freimae vorsehen (Toleranzausgleich) ! Bezugsflchen durch Bemaung verdeutlichen ! Nicht von der Mittellinie bemaen ! Mae mssen auch am aufgespannten Werkstck einfach messbar sein ! Bearbeitung und Vermessung des Werkstcks ohne Umspannen

    ermglichen Sie kennen die wesentlichen Bemaungsregeln und knnen sie erklren

    o bersichtlich Bemaen o Jedes Ma darf nur einmal in der Zeichnung/Zeichnungssatz angegeben

    werden (Redundanzfreiheit) o Zusammengehrige Magruppen mglichst in der gleichen Ansicht

    anordnen o Mae mssen messbar sein (Zugnglichkeit fr Messmittel beachten) o Bei unbekannten Fertigungsbedingungen Funktionsbemaung anwenden o Bemaung auf feste (evtl. bearbeitete) Bezugspunkt/-kanten ausrichten o Deckungsgleiche Bemaung der Anschlussmae beider Montagepartner

    Instandhaltungsgerecht o Motivation: Abnutzung, Verschlei, zeitabhngige Werkstoffkennwerte o Problem: Hufig schwierig zu erkennen o Wartung: Manahme zur Bewahrung des Sollzustands o Inspektion: Manahme zur Feststellung und Beurteilung des Ist-Zustandes o Instandsetzung: Manahme zur Wiederherstellung des Sollzustandes o Manahmen:

    ! Selbstausgleichende und selbstnachstellende Lsungen bevorzugen ! Einfache Konstruktion und wenige Teile anstreben ! Ersatzteilversorgung sicherstellen, z.B. durch Verwendung genormter

    Komponenten ! Zugnglichkeit der Kontroll- und Montagestellen frdern ! Zerlegbarkeit frdern ! Modulare Bauweise mit einfachen Schnittstellen anwenden ! Wenige und gleiche Hilfsstoffe verwenden

    Recyclinggerecht o Ziel: Mglichst wenig Rohstoff- und Energieeinsatz o Weg: Verringern des Stoffeinsatzes (Beanspruchungsgerechte

    Konstruktion), Substitution knapper Werkstoffe, Anstreben geringer Massen und guter Wirkungsgrade, Einfache Demontage ermglichen (Recycling)

    o Manahmen: ! Wahl demontagefreundlicher Verbindungen ! Demontagegerechte Baustruktur ! Zugnglichkeit der Demontagestellen

    Sie kennen die 3 Recyclingkreise und knnen sie erlutern o Produktionsabfall-Recycling: Rckfhrung von Produktionsabfall in einen

    neuen Produktionsprozess o Produktrecycling: Rckfhrung von gebrauchten Produkten oder Teilen von

    diesen in ein neues Gebrauchsstadium o Altstoff-Recycling: Rckfhrung von verbrauchten Produkten bzw. Altstoffen

    in einen neuen Produktionsprozess Aufarbeitung: Defekte Erzeugnisse werden in Serie instandgesetzt und an

    technischen Fortschritt angepasst, anschlieend anonym an einen Kunden zurck gegeben

  • Aufbereitung: ? Verbindungselemente fr eine recyclinggerechte Konstruktion und deren

    Anwendung Schrauben, Bolzen, Klipp-Verbindungen, Steckverbindungen

    Risikogerecht o Problem: Abbildung der Wirklichkeit mit Hilfe von Modellen o Manahmen: Ersatzlsungen (Voraussetzung: Fehler-, Strgren-,

    Schwachstellenanalyse) Korrosionsgerecht

    o Definition Korrosion: Korrosion ist die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung, die eine messbare Vernderung des Werkstoffes bewirkt und zu einer Beeintrchtigung der Funktion eines metallischen Bauteils oder eines ganzen Systems fhren kann

    o Arten:

  • o Manahmen:

  • Schweigerecht Grundsatzberlegungen anhand von 3 Schritten, um eine Schweikonstruktion

    zu erstellen.

    Verschiedene Sicherheitsanforderungen an eine Schweikonstruktion

    o Sicherheitsanforderungen (SA) global (Schweibaugruppe fr Gesamtsystem): ! Hohe SA: Ausfall der Komponente/Bauteil fhrt zur Betriebsgefahr mit

    Personenschaden und zum Versagen der Gesamtfunktion ! Mittlere SA: Ausfall der Komponente/Bauteil fhrt zur Beeintrchtigung

    der Gesamtfunktion und kann zur Betriebsgefahr mit Personenschaden fhren

    ! Geringe SA: Ausfall der Komponente/Bauteil fhrt zu keiner unmittelbaren Beeintrchtigung der Gesamtfunktion.

    o Sicherheitsanforderungen lokal (Schweinaht fr Baugruppe) o Beanspruchung

    Definition Schweieignung Die Werkstoffeigenschaften entsprechen nach dem Schweien den gestellten Anforderungen an die Schweiverbindung. Abhngig von chemischer Zusammensetzung, physikalischen und metallurgischen Eigenschaften

  • Die Gestaltanforderungen an eine Schweikonstruktion fr statische und dynamische Beanspruchung o Generell keine Schweinhte in der Beanspruchungszone (Bsp.: Zonen

    hchster Krfte/Momente, Zonen umformbedingter plastischer Verformung) o Dynamisch: Weich gestalten (Runde bergnge); Keine Zwnge,

    Verformung zulassen (ansonsten Anstieg der Kerbwirkung) o Statisch:

    Unterschied zwischen dem Clinchen mit und ohne Schneidanteil

    o Mit Schneidanteil: Balkenfrmige Verformung (Lngskanten werden geschnitten)

    o Ohne Schneidanteil: Rotationssymmetrische Verformung Typische Anwendungsbereiche des Clinchens mit und ohne Schneidanteil

    o Mit Schneidanteil: Undicht, hhere statische Festigkeit durch starken Formschluss (Wird weiter durchgedrckt), aber geringe dynamische Festigkeit (durch Kerbwirkung)

    o Ohne Schneidanteil: Dicht, geringere statische Festigkeit, aber wesentlich hhere dynamische Festigkeit

    Sie kennen die verschiedenen Nietarten o Einseitige: Blindniet o Zweiseitige: Vollniet, Schlieringbolzen, Stanzniet

    Sie knnen die Funktion eines Schlieringbolzens anhand einer Skizze erklren.

    Sie knnen erklren, warum der Schlieringbolzen die bessere Schraube ist.

    Da es in der Regel kein Gewinde am Bolzen gibt (mit Ausnahmen), kann sich das Verbindungselement nicht losdrehen, wohl aber lockern (durch Setzen)

    Merkmale einer kunstoffgerechten Konstruktion o Konstante Wandstrken, wenn unterschiedliche Wandstrken notwendig,

    diese entschrfen o Restriktionen fr Spritzgieprozesse: Dnnwandigkeit,

    Entformungsschrgen, Rundungen o Dicke Rippen vermeiden, falls notwendig mehrere dnnere Rippen

  • o Keine massiven Krper o Schmelzfliewege bercksichtigen o Oberflche polieren oder strahlen o Filmscharniere

    Vorlesung 13: Bewertung

    Definition Bewerten Vergleich von unterschiedlichen Lsungen zu einem Problem unter gleichen Gesichtspunkten und gleicher Gewichtung dieser Gesichtspunkte

    Die beiden grundstzlichen Methoden zum Bewerten und ihre Vor- und Nachteile o Vergleich untereinander:

    ! Vorteil: Machbarkeit ist nachgewiesen ! Nachteil: Gesamtnutzen wird nicht bercksichtigt

    o Vergleich mit Ideallsung: ! Vorteil: Motivation, der Ideallsung nher zu kommen ! Nachteil: Unter Umstnden unerreichbare Lsung (Technisch

    machbar, aber wirtschaftlich nicht mglich) Allgemeines Vorgehen bei Bewertungen:

    o Aufstellen des Zielsystems: ! Entscheidungsrelevante Anforderungen und Bedingungen ! Unabhngige Entscheidungskriterien ! Quantifizierbare Systemeigenschaften nach Mglichkeit ! Qualitative Systemeigenschaften so konkret wie mglich

    o Erkennen der Bewertungskriterien (Anforderungsliste, Leitlinie, Zielvorstellung)

    o Bedeutung fr den Gesamtwert untersuchen o Zusammenstellen der Eigenschaftsgren (Zahlenwertgren fr

    Produkteigenschaften oder konkrete qualitative Gren) o Beurteilung jedes Kriteriums nach Wertvorstellung (Nach Mglichkeit von

    mehreren Personen) o Bestimmung des Gesamtwerts (gewichtet und ungewichtet) o Vergleich der Lsungsvarianten o Abschtzen von Bewertungsunsicherheiten (personenbedingt,

    verfahrensbedingt) o Schwachstellenanalyse

  • Einfache, mittlere und aufwndige Bewertungsmethoden

    o Einfach: Argumentenbilanz, Auswahlliste o Mittel: Punktebewertung, Prferenzmatrix, Rangfolgeverfahren o Aufwndig: Vorrangmethode, Nutzwertanalyse, Kesselring mit

    Gewichtung Bewertungsverfahren:

    o Einfaches (ohne Gewichtung) oder gewichtetes Bewertungsverfahren:

  • o Bewertungsverfahren nach Kesselring

  • o Nutzung der Prferenzmatrix zur Ermittlung von Gewichtungsfaktoren oder zum Vergleich von verschiedenen Lsungen unter jeweils einem Kriterium

  • o Nutzwertanalyse:

    1.

  • 2.

    3.

  • Von Ausprgung abhngige Gewichtungen (Bsp.: 10l/100km oder 10,1l/100km Verbrauch nicht so groer Unterschied, wie 3,0l/100km oder 3,1l/100km abnehmender Grenznutzen):

    4. Schwachstellenanalyse Ermittlung der Schwachstellen in einer Variante und Versuch diese evt. durch die entsprechenden besser bewerteten Prinzipien aus einer anderen Lsung zu ersetzen


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