06 - Produktentwicklung - Entwerfen Flashcards

1
Q

Was ist Entwerfen

A
  • konkretes Gestalten der prinzipiellen Lösung
  • Festlegen von: Hauptabmessung/ Werkstoffe/ Fertigungsverfahren
  • Überprüfen geom. Verträglichkeit
  • Dimensionierung
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2
Q

Merkmale des Entwerfens

A
  • mehr korrektive Arbeitsschritte als das Konzipieren
  • Analyse und Synthese wechseln sich ab
  • Komplex: vieles geschieht simultan
  • Vorgehen dem Problem und der Konkretisierung anpassen
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3
Q

Grundsätzliches Vorgehen beim Entwerfen

A
  • Vom Qualitativen zum Quantitativen
  • Vom Abstrakten zum Konkreten
  • von der Grob- zur Feingestaltung
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4
Q

Wichtigste Bestandteile im Entwurfsprozess (3)

A
  • Grundregel der Gestaltung (Eindeutig, Einfach, Sicher)
  • Gestaltungsprinzipien (z.B. Prinzip d. Kraftleitung)
  • Gestaltungsrichtlinien (z.B. Gießgerecht)

Gestaltungsprinzipien und -Richtlinien sind im Entwerfen zentrale Bestandteile

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5
Q

Bereichsorientiertes Vorgehen nach Fricke

A
  • *Erst Funktion A komplett** bearbeiten (Wirkprinzip…->…Lösungskonzept…->…Entwurf)
    • *dann Funktion B, dann C** usw.

für erfahrene Konstrukteure

bedarf breiter systematischer Betrachtung -> erhöhter Zeitaufwand

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6
Q

Stufenweise ablauforientiertes Vorgehen nach Fricke

A

Alle Funktionen im gleichen Realisierungsstadium (A, B, C,… Wirkpronzip entwicklen, dann zur nächsten Stufe)

für unerfahrene Konstrukteure

besonders erfolgreich wenn sich die einzelnen Komponenten nicht stark gegenseitig beeinflussen

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7
Q

Generierende Lösungssuche nach Dylla

A

nebeneinander unterschiedliche Lösungsprinzipien und Gestaltungen erarbeiten, bewerten und auswählen

  • für unerfahrene Konstrukteure
  • Chance auf unkonventionelle Ideen zu kommen
  • Problem: rechtzeitige und zielgerichtete Auswahl um später Mehrarbeit zu vermeiden
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8
Q

Korrigierende Lösungssuche nach Dylla

A

Schrittweise Verbesserung/Anpassung einer existenten Idee / eine Vorbilds an die Problemstellung

  • > erfahrene Konstrukteure
  • > rasche Konkretisierung

Realität: Mischformen von genrierender und korrigierender Lösungssuche je nach Erfahrung, persönlicher Neigung, Ausbildung,….

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9
Q

15 Arbeitsschritte des Entwerfens:

1 - 6 Grobgestalten

A
  • (0 Festlegen der prinzipiellen Lösung (Konzept). freigabe zum Gestalten)
  • 1 Erkennen gestaltungsbestimmender Anforderungen
  • 2 Klären der räumlichen Bedingungen
  • 3 Strukturieren in gestaltungsbestimmende Hauptfunktionsträger
  • 4 Grobgestaltung der gestaltungsbestimmenden Hauptfunktionstr.
  • 5 Auswählen geeigneter Entwürfe
  • 6 Grobgestaltung witerer Hauptfunktionsträger

Beinhalten Information, Definition und Keration

Sind das Grobgestalten

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10
Q

15 Arbeitsschritte des Entwerfens

7 - 11 Feingestaltung

A
  • 7 Suchen von Lösungen für Nebenfunkt.
  • 8 Feingestalten der Hauptfunktionsträger unter beachten der Nebenfunktionsträger
  • 9 Feingestalten der Nebenfunktionsträger u. vervollständigen der vorläuf. Entwürfe
  • 10 Bewerten nach techn. und wirtschaftl. Kriterien
  • 11 Festlegen des vorläufigen Gesamtentwurfs. Freigabe zum abschlisenden Gestalten

Sind die Feingestaltung

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11
Q

15 Arbeitsschritte des Entwerfens

12 - 15 Vervollständigen und Kontrollieren

A
  • 12 Optimierendes und abschliesendes Gestalten
  • 13 Kontrollieren auf Fehler und Störgrößeneinfluss
  • 14 vervollständigen durch vorläuf. Stückliste, Fertigungs- und Montageanweis.
  • 15 Festlegen des Gesamtentwurfs. Freigabe zum Ausarbeiten

Sind das Vervollständigen und Kontrollieren

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12
Q

Entwerfen: Schritt 1

Erkennen gestaltungsbestimmender Anforderungen

A
  • setzt Kenntnis der prinzipiellen Lösung vorraus
  • Erarbeitung der wesentlich Gestaltungbestimmenden Anforderungen.
  • Z.B.: Abmessungenbestimmende (Leistung, Größe,…)
  • Anordnungsbestimmende (Lage,…)
  • Werkstoffbestimmende (Korrosionsbeständigkeit,…)

Finden sich in der Anforderungsliste

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13
Q

Entwerfen Schritt 2:

Klären der räumlichen Bedingungen

A

räumliche Bedingungen in der Konstruktion

  • geforderte Abstände
  • einzuhaltende Achsrichtungen
  • Einbaugrenzen

Häufig auch Bauraumuntersuchungen mit physischen oder digitalen Prototypen

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14
Q

Entwerfen Schritt 3:

Strukturieren in gestaltungsbestimmende Hauptfunktionsträger

A

Enwicklung der Baustruktur in Grobgestalt mit vorläufiger Werkstoffauswahl

Fokus liegt auf Hauptfunktionsträgern (zum Beispiel Tabellen: Funktion (energie wandeln)/Funktionsträger (EMotor)/Merkmale(drehzahl;Drehmoment)

Beachten von Gestaltungsprinzipien!!!

Fragen: Welcher Funktionsträger bestimmt maßgebend die Gesamtgestaltung?

Welche Hauptfunktion soll durch welche Funktionsträger gemeinsam und welche besser getrennt erfüllt werden?

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15
Q

Entwerfen Schritt 4.

Grobgestaltung der gestaltungsbestimmenden Hauptfunktionsträger

A

Vorläufige Auslegung nach Werkstoff und Gestalt

Schrittweise Vorgehen: Funktion-> Wirkprinzip-> Auslegen

Ergebnis in gesetzte räumliche Bedingungen einfügen

Vervollständigen bis alle maßgebenden Hauptfunkt. erfüllbar sind

Generell: Elemente nur in vereinfachter Form darstellen

evtl. zunächst nur Teilzonen bearbeiten und diese dann kombinieren

Gestaltungsregeln: EINDEUTIG, EINFACH, SICHER

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16
Q

Entwerfen Schritt 5:

Auswählen geeigneter Entwürfe

A

Beurteilen der bis dato verfolgten Entwürfe mit Hilfe der Auswahlliste

weitere Gesichtspunkte aus der Leitlinie berücksichtigen

Anazhl der Entwürfe soweit reduzieren, dass eine weitere Bearbeitung hinsichtlich Kapazität etc. möglich ist

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17
Q

Entwerfen Schritt 6:

Grobgestalten weiterer Funktionsträger

A

Grobes Gestalten von weiteren Hauptfunktionsträgern, die noch nicht beachtet wurden wie z.B.:

  • schon bekannte u. festgelegte Hauptfunktionsträger
  • untergeordnete Hauptfunktionsträger
  • bisher nicht gestaltungsbestimmende Hauptfunktionsträger
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18
Q

Entwerfen Schritt 7:

Suchen von Lösungen für Nebenfunktionen

A

feststellen welche Nebenfunkt. nötig sind:

  • Stütz- und Haltefunktionen
  • Dicht- und Kühlfunktionen

Verwendung vorhandener Lösungen

Verwendung von Norm- und Wiederholteilen

Zurückspringen in die Konzeption (Iterationen!)

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19
Q

Entwerfen Schritt 8:

Feingestalten der Hauptfunktionsträger unter Beachten der Nebenfunktionsträger

A
  • Aufteilen in getrennt bearbeitbare Zonen und Baugruppen
  • notwendige Einzelheiten endgültig festlegen
  • Hinzuziehen von Normen, Vorschriften, genauen Berechnungen und Versuchsergebnissen
  • Gestaltung v. Zonen die durch Nebenfunktionen beeinflusst werden und deren Lösungen bekannt sind
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20
Q

Entwerfen Schritt 9:

Feingestalten der Nebenfunktionsträger und vervollständigen der vorläufigen Entwürfe

A

Hinzufügen von Norm- und Zulieferteilen

falls nötig Hauptfunktionsträger abschliesend gestalten

alle Funktionsträger gemeinsam darstellen

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21
Q

Entwerfen Schritt 10:

Bewerten nach wirtschaftlichen und technischen Kriterien

A

Vorgehen:

  • Erkennen von Bewertungskriterien
  • Beurteilen der Eigensch. hinsichtlich ihrer Erfüllung
  • Bestimmen des Gesamtwerts
  • Suchen nach Schwachstellen

techn. und wirtschaftl. Bew. analog zur Bew. in der Konzeptphase, nur mit konkreteren Ausarbeitungen. So Konkret wie nötig. Alle verglichenen Varianten sollten die selbe Konretisierungsstufe haben. Hauptmerkmale beachten! Bei nur einer Varianten aufsuchen von Schwachstellen (Merkmale mit niedirgster Punktwertung)

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22
Q

Entwerfen Schritt 11:

Festlegen des vorläufigen Gesamtentwurfs

A

Basierend auf den Ergebnissen der vorhergegangenen Schritte wird der vorläufige Gesamtentwurf festgelegt

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23
Q

Entwerfen Schritt 12:

Optimierendes und abschliesendes Gestalten

A
  • beim Bewerten erkannte Schwachstellen beseitigen
  • Übernahme von Teillösungen oder Gestaltungszonen anderer weniger favorisierter Varianten zur Verbesserung der ausgewählten Variante
  • Parameteroptimierung (multikriteriel)
24
Q

Entwerfen Schritt 13:

Kontrollierne auf Fehler und Störgrößeneinfluss

A
  • Entwurf bezüglich Funktion, räumliche Verträglichkeit und weitere Punkte der Leitlinie kontrollieren
  • gegebenenfalls Verbessern
  • Erreichen der Zielsetzung hinsichtlich der Kosten und Qualität sichern und nachweisen
25
Q

Entwerfen Schritt 14 und 15:

Vervollständigen durch vorläufige Stückliste, Fertigungs- und Montageanweisungen

A

Aufstellen von vorläufigen Dokumenten:

  • Stückliste
  • Fertigungsanweisungen
  • Montageanweisungen

–> Schritt 15: Festlegen des Gesamtentwurfs

26
Q

Was sind Gestaltungsprinzipien

A

Strategien, die nur unter bestimmten Vorraussetzungen zweckmäsig sind

Sie können einander widersprechen oder Anforderungen entgegenstehen

helfen eine Baustruktur zu entwicklen die den Anforderungen gerecht wird

je nach Problemlage werden unterschiedliche Prinzipien maßgeben, wichtig oder wünschenswert

27
Q

Die wichtigsten Gestaltungsprinzipien

A

Prinzip der **Kraftleitung ** (leiten von Kräften und Momenten)

Prinzipien der Aufgabenteilung (zuordnung von Teilfunktionen auf einen oder mehrere funktionsträger)

Prinzip der Selbsthilfe (sinnvolle Verknüpfung von Teilefunktionen und damit verbundener ausnutzung unterstützender Hilfswirkung)

Prinzip der Stabilität und Bistabilität (Minimierung des Einflusses von Störungen -> selbstaufhebende Wirkung der Störungen erreichen oder durch gewollte labilität stabiles verhalten zu erzielen)

28
Q

Prinzipien der Kraftleitung

A

Kraftfluss und Gestaltfestigkeit: Kraftflussgerechte Gestaltung

Prinz. der direkten u. kurzen Kraftleitung: Leitung von Kräften und Momenten. Kleine Verformung gefordert: kurze Wege und nur Zug/Druckbeanspruchungen // große elast. verformung gefordert: lange Kraftleitungswege und Biege oder Torsionsbeanspruchung

Prinzip der abgestimmten Verformung: Gestaltung so, dass unter Last weitgehende Anpassung durch gleichgerichtete Verformung entsteht

Prinzip des Kraftausgleichs: Ausgleich von Nebengrößen (Spannkräfte/Massekräfte etc.) durch Ausgleichselemente oder symmetrische Anordnung

29
Q

Prinzip der Aufgabenteilung

A

Eigentliches Ziel: möglichst viele Funktionen mit möglichst wenig Funktionsträgern

Aber: Fertigungsaufwand, Leistungsfähigere Teile nötig nichtmehr eindeutig (1 Teil, viele Aufgaben) komplexe Berechnung…..

Daher: Aufgabenteilung

entweder mehrer Teile erfüllen verschiedene Aufgaben oder mehrer Teile erfüllen die selbe Aufgabe (nötig bei Größen und Leistungssteigerungen (Keilriemen/planetengetriebe…)

30
Q

Prinzip der Selbsthilfe

beschreibung/formeln/beispiele

Selbstschutz

A

Wahl und Anordnung von Elementen sorgt für eine gegenseitige Unterstützung

Ursprungswirkung U + Hilfswirkung H = Gesamtwirkung G

Selbsthilfegrad k = H/G

Selbsthilfegewinn y= G/U = 1/1-k

Gänige Beispiele:

  • Verschlüsse und Dichtungen die sich durch den Betriebsdruck/Innendruck noch weiter abdichten.
  • Vorspannung/-Belastung von Bauteilen entgegen der Betriebsbelastung (Anstellen von Schaufeln in Turbinen)

Selbstschutz: anderer Kraftleitungsweg bei Überlast, eigtl. funktion kann aufgehoben werden (Federn auf Stoß: federt nicht, aber Druck anstatt Torsionsbelastung)

31
Q

Prinzip der Stabilität und Bistabilität

A
  • Stabiles Verhalten: nach Störung Rückkehr in Ausgangslage mit unverändertem GGW
  • indifferent: nach Störung neue Lage in unverändertem GGW
  • labil: System nach Störung in neuer GGW

Anstreben von Stabilem Verhalten: d.h. Störung erzielen Wirkung die den Störungen entgegen wirken.

Bistabilität: 2 definierte Zustände ohne Zwischenzustand, übergang von 1 zu 2 durch erreichen eines Grenzzustands (Kippschalter/Sicherheitsventile…)

32
Q

Grundregeln der Gestaltung

A

eindeutig: erfüllung der techn. Wirkung und verhalten vorhersagbar

einfach: wirtschaftlich. wenig Teile, einfache Formen, günstige fertigung

sicher: Sicherheit für Mensch und Umwelt. haltbar,zuverlässig,unfallfrei,…

Die Grundregeln können in JEDER Phase der produktentwicklung angewandt werden.

33
Q

Grundregel eindeutig

Funktion

A

Klare Zuordnung Teilefunktion<->Funktionsstruktur mit zugehörigen Ein und Ausgangsgrößen

34
Q

Grundregel eindeutig

Wirkprinzip

A
  • Wirkprinzip muss bezüglich der physikalischen Effekte Zusammenhänge zw. Ursache und Wirkung aufweisen
  • Geordnete Führung von Energie- bzw. Kraft-, Stoff und Signalfluss. Vermeiden von Zwangszuständen
  • Definierte Dehnungsrichtungen und -möglichkeiten vorsehen
35
Q

Grundregel eindeutig

Auslegung

A
  • eindeutig definierter Lastzustand nach Art Größe Häufigkeit und Zeit nötig
  • wenn Angaben fehlen -> Annahme treffen
  • Gestaltung so, dass in jedem Betriebszustand die Beanspruchung beschreib- und berechenbar ist
  • eindeutiges Verhalten in Sachen resonanz, Stabilität, Verschleiß Korrosion etc.
36
Q

Grundregel eineutig

Ergonomie

Fertigung und Kontrolle

A
  • Ergo: Anordnung der Bedienelemente so, dass richtige Bedienreihenfolge erzwungen.
  • Fertigung und Kontrolle: eindeutige und vollständige Angaben (Zeichnung Stückliste etc.)
  • Erfüllung von Ausführungsmerkmalen ggf. durch besondere Maßnahmen (Protokolle) einfordern
37
Q

Grundregel eindeutig

Montage und Transport

Recycling

A
  • Mont. u. Transp.: Gestaltung so, dass Montage nur auf eine Art möglich (ausschliesen von Irrtümern)
  • Recycl. Trennstellen an verwertungsunverträglichen Stoffen vorsehen
  • eindeutige Montage und Demnontagefolgen vorsehen
38
Q

Grundregel eindeutig

Gebrauch und Instandhaltung

A
  • Betribsergebnisse sollen übersichtlich und kontrollierbar sein
  • einfach Inspektion und Wartung (wenig Werkzeug)
  • klare festlegung von Zeitpunkt und Umfang von Wartung und Inspektionen
  • Kontrollierbarkeit von Wartungen und Inspektionen
39
Q

Grundregel einfach

Funktion

Wirkprinzip

A
  • Funktion: möglichst wenige Teilfunktionen
  • übersichtliche und folgerichtige verküpfung von Teilfunktionen
  • Wirkprinzip: geringe Anzahl an vorgängen und Komponenten
  • durchschaubare Gesetzmäsigkeiten
  • wenig Aufwand
40
Q

Grundregel einfach

Auslegung

Ergonomie

A
  • Auslegung: Formen wählen, die direkt für die Formeln der Festigkeits und Elastizitätslehre tauglich sind
  • Symmetrische Formen für übersichtliche verformung anstreben
  • Ergonomie: sinnfällige Bedienvorgänge
  • übersichtliche Anordnung
  • verständliche Signale
41
Q

Grundregel einfach

fertigung und Kontrolle

A
  • Formen wählen, die gänige und schnelle Bearbeitung ermöglichen
  • wenige Fertigungsverfahren mit geringen Umspann- rüst- und Wartezeiten ermöglichen
  • übersichtliche Formen zur einfacheren Kontrolle (in der QS)
42
Q

Grundregel einfach

Montage und Transport

A

Montage einfach wenn:

  • Teile leicht erkennbare (selbe Form anderer WS bei 2 Teilen ist schlecht)
  • einfach durchschaubare Montage möglich (Flaschmontage unmöglich machen)
  • Einstellvorgänge nur 1malig nötig
  • Wiedermontage bereits montierter Teile unmöglich
43
Q

Grundregel einfach

Gebruach und Instandhaltung

A
  • Gebrauch ohne besondere Einweisung möglich
  • Übersichtliche Vorgänge und leichtes Erkennen von Abweichungen udn Störungen
  • Wartungsvorgänge sollen einfach, bequem und schnell sein, sonst werden sie aus Faulheit unterlassen
44
Q

Grundregel einfach

Recycling

A
  • Verwendung vertungsfähiger Werkstoffe
  • einfache Demontage
  • Einfachheit der Teile
45
Q

Grundregel sicher

A

Zuverlässige Erfüllung der Funktion

Gefahrenminderung für Mensch und Umgebung

46
Q

Definition von Zuverlässigkeit

A

Zuverlässigkeit ist die Fähigkeit eines technischen Systems innerhalb vorgegebner Grenzen und während einer bestimmten Zeitdauer den durch den Verwendungszweck bedingten Anforderungen zu genügen.

Ist wichtige Vorraussetzung für Schutzwirkung

47
Q

Art und Bereiche von Sicherheit (4)

A

Betribessicherheit: Einschränkung von Gefährdung bei Betrieb technischer Systeme. Keine Schäden am System und der Umgebung (Betriebsstätte, Nachbarsysteme)

Arbeitssicherheit: Einschränkung der Gefährdung des Menschen bei der Arbeit bzw. bei Benutzung techn. Systeme (auch in der Freizeit/beim Sport…)

Umweltsicherheit: Einschränkung von Schädigung im Umfeld techn. Systeme

Schutzmaßnahmen: Schutzsystme und -einreichtungen mit dem Ziel Gefährdungen auf erträgliches Niveau zu begrenzen falls keine unmittelbare Sicherheits gegeben ist.

48
Q

Drei Stufen von Sicherheitstechnik

A

Unmittelbare: von vorneherein von sich aus keine Gefährdung möglich

Mittelbare: Aufbau von Schutzsystemen und Schutzeinrichtungen

Hinweisende: vor Gefahren warnen, Gefährdungsbereich durch Hinweise kenntlich machen

49
Q

3 Prinzipien der unmittelbaren Sicherheitstechnik

safe-life

A

Beschränktes Versagen

  • Funktionsstörung ist zulässig, ohne dabei schwerwiegendes Versagen zu verursachen
  • eingeschränkte Funktion muss im Versagensfall erhalten bleiben oder von anderem Bauteil übernommen werden
  • Warnung z.b. Laufunruhe, Leistungsabfall, UNdichtigkeit…
50
Q

3 Prinzipien der unmittelbaren Sicherheitstechnik

fail-safe

A

Beschränktes Versagen

  • Bauteil darf Versagen ohne schwerwiegenden Ausfall zu verursachen
  • Kaputtes oder anderes BT die (eingeschränkte) Funktion bis zum Stillstand der Maschine gewährleisten
  • Hinweise: Laufunruhe,Undichtigkeit,leistungsverlust…
51
Q

3 Prinzipien der unmittelbaren Sicherheitstechnik

redundate Anordnung

A
  • Mehrfachanordnung erhöht Sicherheit
  • Aktiv: alle Komponenten sind an Aufgabe beteiligt, bei Ausfall eines Teils -> Leistungsminderung
  • Passiv: Reserveeinheit die zuschält wenn die Haupteinheit ausfällt
  • Prinzipredundanz: Mehrfachanordnung mit gleicher Funktion und unterschiedlichem Wirkprinzip
52
Q

mittelbare Sicherheitstechnik

A

Schutzsysteme und Schutzeinrichtungen

Schutzsysteme lösen bei Gefährdung eine Schutzreaktion aus. Bsp: Temperaturüberwachung in reaktoren

Schutzreinrichtungen haben eine Schutzfunktion ohne Schutzreaktion. Bsp: Geländer, Gitter etc.

53
Q

mitterlbare Sicherheitstechnik

Grundforderungen der Schutztechnik

A

zuverlässig wirkend

zwangsläufig wirksam (wenn Schutzmaßnahme aufgehoben wird muss der Gefahrzustand zwangsläufig beendet sein)

nicht umgehbar

54
Q

Vorgehen beim Gestalten

A
  • Auslegen mit werkstoffwahl
  • erste maßstäbliche Darstellung
  • grobe Beurteilung räumliche Passung
  • Sicherheit, Ergonome Fertigung Montage Gebruach Instandhaltung Recycling Kosten
  • gegenseitige Beeinflussungen
  • iteratives Vorgehen
  • wichtige probleme Früh erkennen und zuerst lösen
55
Q

Leitlinie beim Gestalten

Hauptmerkmale

A
  • Funktion
  • Wirkprinzip
  • Auslegung
  • Sicherheit
  • Ergonomie
  • Fertigung
  • Kontrolle
  • Montage
  • Transport
  • Gebruach
  • Instandhaltung
  • recycling
  • Kosten
  • Termine

Immer fragen ob das so klappen kann wie man es sich vorstellt