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Maschinenelemente 1 - Konstruktionsmethodik

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Maschinenelemente 1

Konstruktionsmethodik

Bevor wir uns der konkreten Gestaltung und Berechnung von Maschinenelementen widmen machen wir in diesem Kapitel einen kurzen Exkurs in den Bereich der Konstruktionssystematik, damit klar wird, wo im Konstruktionsprozess das Thema Maschinenelemente verortet ist.

Wie gehe ich vor, wenn ich etwas konstruieren möchte?

Einfache Baugruppen, Maschinen und Vorrichtungen können meist mit intuitiver Begabung, Erfahrung und Orientierung an vorhandenen Konstruktionen konzipiert werden. Bei komplexen Produkten oder Entwicklung völlig neuer Produkte kann die Anwendung von systematischen Konstruktionsansätzen z. B. nach VDI-Richtlinien (2221, 2222, 2223, 2225) sinnvoll sein.

Der Konstruktionsprozess kann in Anlehnung an die VDI 2222 "Konzipieren technischer Produkte" ungefähr wie folgt gegliedert werden:

  1. Planung
    1. Klärung der Entwicklungsaufgabe
    2. Erfassung der Anforderungen des Kunden oder des Marktes (Lastenheft)
  2. Konzipierung
    1. Umsetzung der Lastenheft-Anforderungen in eine Anforderungsliste mit qualifizierten und quantifizierten Anforderungen (Patentsituation, Fertigbarkeit, Lieferbarkeit gehören da auch zu, außerdem Aufteilung in Festforderungen und Wünsche)
    2. Ggf. Entwicklungsauftrag aufteilen in Teilfunktionen
    3. Lösungsprinzipien für Teilfunktionen suchen
    4. Auswählen geeigneter Kombinationen und Erarbeiten von Konzeptvarianten ("morphologischer Kasten"), Erstellung von Skizzen
    5. Bewertung der Konzeptvarianten (technisch, wirtschaftlich) ("Wertanalyse")
  3. Entwurf
    1. Erstellung des Entwurfs
    2. iterative Verbesserung des Entwurfs
  4. Ausarbeitung
    1. Gestalten und Optimieren der Einzelteile
    2. Erstellung von Fertigungsunterlagen
    3. ggf. Herstellung und Prüfung von Prototypen
    4. Kostenkontrolle

Das Fach Maschinenelemente ist in diesem Prozess ab der Suche nach Lösungsprinzipien in der Konzipierungsphase maßgeblich beteiligt, denn die möglichen Funktionen und bekannten Lösungsprinzipien erhalten wir aus den Definitionen der etablierten Maschinenelemente. Bis einschließlich zur Erstellung der Fertigungsunterlagen im Abschnitt Ausarbeitung werden viele Parameter von Bestandteilen der Konstruktion (Anschlussmaße, Belastbarkeit, etc.) aus den Definitionen der Maschinenelemente bezogen.

Aus der Konzipierungsphase können mehrere mögliche Lösungen in die Entwurfsphase zur genaueren Überprüfung übergehen. Der Konstruktionsprozess ab hier im Detail:


In den frühen Produktlebensphasen (Planung, Konzipierung, Entwurf) entstehen normalerweise die geringsten Kosten, wird aber der größte Einfluss auf die Gesamtkosten ausgeübt! Besonders sorgfältig und umsichtig durchgeführte Planungs-, Konzipierungs- und Entwurfsphasen sparen meist in späteren Produktlebensphasen z. B. durch günstigere Fertigung ein Mehrfaches ihres eigenen Aufwands ein.

Für sehr umfangreiche und komplexe Entwicklungsaufgaben empfiehlt sich die Strukturierung des gesamten Prozesses nach der Lehre der Konstruktionssystematik, die als eigenständiges Fach zu sehen ist. Ein gängiges Werk wäre "Konstruktionslehre" von Pahl/Beitz.