Julian Baschin 27.11.2020 | 08:00 – 09:30 Uhr | Webkonferenz Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion Übung 1 - Lösung: Aufgabenklärung und Konstruktionskataloge -
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 3
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. -
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 4
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 5
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 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.
Einordnung in den Konstruktionsprozess
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.
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 7
Anforderungsliste als Produktmodell
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 8
Anforderungsliste als Produktmodell
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.
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 9
Hauptmerkmalliste als Hilfsmittel zur systematischen Suche
[Pahl, Beitz 2007]
produktbezogen
produktlebenslaufbezogen
organisatorisch
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 10
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.
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 11
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 12
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!
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 13
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 14
Konstruktionskataloge
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 15
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 16
Arten von Konstruktionskatalogen
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 17
Arten von Konstruktionskatalogen
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 18
Anwendung von Konstruktionskatalogen
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!
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 19
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.
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 20
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 21
Aufbau von Konstruktionskatalogen
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.
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 22
Aufbau von Konstruktionskatalogen
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.
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 23
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 24
Übungsaufgabe: Detailkatalog Nietverbindungen
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.
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 25
Übungsaufgabe: Detailkatalog Nietverbindungen
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.
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 26
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
27.11.2020 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 27
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. -