Methodisches Konstruieren: Auf den Punkt gebracht

239 Pages·2018·8.747 MB·German

by  Paul Naefe

Paul Naefe
Methodisches
Konstruieren
Auf den Punkt gebracht
3. Auflage
Methodisches Konstruieren
Paul Naefe
Methodisches Konstruieren
Auf den Punkt gebracht
3., überarbeitete Auflage
PaulNaefe
Aachen,Deutschland
ISBN978-3-658-22635-0 ISBN978-3-658-22636-7(eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-22636-7
DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;detaillier-
tebibliografischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar.
SpringerVieweg
DasBucherschieninzweiAuflagenunterdemTitelEinführungindasMethodischeKonstruieren.
©SpringerFachmedienWiesbadenGmbH,einTeilvonSpringerNature2009,2012,2018
DasWerkeinschließlichallerseinerTeileisturheberrechtlichgeschützt.JedeVerwertung,dienichtausdrücklich
vomUrheberrechtsgesetzzugelassenist,bedarfdervorherigenZustimmungdesVerlags.Dasgiltinsbesondere
fürVervielfältigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspeicherungundVerar-
beitunginelektronischenSystemen.
DieWiedergabevonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.indiesemWerkberechtigt
auchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinnederWarenzeichen-
undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermannbenutztwerdendürften.
DerVerlag,dieAutorenunddieHerausgebergehendavonaus,dassdieAngabenundInformationenindiesem
WerkzumZeitpunktderVeröffentlichungvollständigundkorrektsind.WederderVerlagnochdieAutorenoder
dieHerausgeberübernehmen,ausdrücklichoderimplizit,GewährfürdenInhaltdesWerkes,etwaigeFehler
oderÄußerungen.DerVerlagbleibtimHinblickaufgeografischeZuordnungenundGebietsbezeichnungenin
veröffentlichtenKartenundInstitutionsadressenneutral.
VerantwortlichimVerlag:ThomasZipsner
GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier
SpringerViewegisteinImprintdereingetragenenGesellschaftSpringerFachmedienWiesbadenGmbHundist
einTeilvonSpringerNature.
DieAnschriftderGesellschaftist:Abraham-Lincoln-Str.46,65189Wiesbaden,Germany
Vorwort zur 3. Auflage
SeitdemErscheinender2.AuflageimJahre2012,dienochdenTitelEinführungindas
Methodische Konstruieren trug, sind auf dem Gebiet der Konstruktionsmethodik inter-
essanteneueErkenntnisseveröffentlichtworden,esistdeshalbanderZeit,dieseineine
3.Auflageeinfließenzulassen.InersterLiniehandeltessichumArbeitenzurFunktionen-
undProduktstruktur,dieimLehrbuchvonPahl/Beitz(8.Aufl.)imDetailnachzulesensind.
Außerdem hat die VDI-Richtlinie 2221 eine Überarbeitung erfahren, die in der zweiten
HälftedesJahres2018veröffentlichtwerdensoll. DieMöglichkeit,einigeHinweise da-
rauf in dieses Buch aufnehmenzu können,verdankeich der Unterstützung durch Herrn
Dipl.-Ing. D. Moll vom VDI. Hinzu kommt eine Variante für die Vorgehensweise beim
Konstruieren,dievomInstitutfürKonstruktionundProduktentwicklung(IKP)derHoch-
schulefürAngewandteWissenschaftinHamburgvorgeschlagenwurde.
ImZusammenhangmitdersystematischenSuchenachdenvomKundengewünschten
EigenschaftenneuerProdukte,aberauchfürdieOptimierungbereitsbestehender,findet
die Methodedes BenchmarkingihrenPlatz in dieser Auflage. Bei der Ausarbeitungdes
entsprechenden Abschnitts wurdemir eine umfangreicheBetreuung durch das Informa-
tionszentrum Benchmarking (IZB) des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und
Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin zuteil. Hierfür möchteich dem Bereichsleiter Un-
ternehmensmanagementHerrnProf.Dr.-Ing.H.KohlunddemLeiterdesIZB,HerrnM.
Eng. M. Galeitzke, besonders herzlich danken. Die Methoden der Bewertung von Pro-
dukteigenschaftenwurdenumdieVorgehensweisenachderVDI-Richtlinie2225ergänzt.
Um sperrige Doppelformulierungen wie er/sie, LeserInnen, StudentInnen oder Inge-
nieurInnen zu vermeiden, wird im Text nur die männliche Form der Anrede verwendet.
Leserinnen dieses Buchesmögen mir das bitte nachsehen. Es ist aber bisher (leider) so,
dassderüberwiegendeAnteil(ca.95%)derStudentendesMaschinenbausmännlichsind.
IchverbindedieseFeststellungmitdemWunsch,dasssichdiesinnaherZukunftnachhal-
tigerändernmögealsesindenletzten40Jahrengeschehenist.
Aachen PaulNaefe
imMai2018
V
VI Vorwortzur3.Auflage
Literaturhinweis
(cid:2) VDI-Richtlinien: Zitate und Abbildungen wiedergegeben mit Erlaubnis des Verein
DeutscherIngenieuree.V.
(cid:2) DIN-Normen(DeutschesInstitutfürNormung):WiedergegebenmitErlaubnisdesDIN
Deutsches Institut für Normung e.V. Maßgebend für das Verwenden der DIN-Norm
istderenFassung mit demneuesten Ausgabedatum,diebeiderBeuthVerlag GmbH,
Burggrafenstraße6,10787Berlin,erhältlichist.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 HistorischeEntwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 EinordnungderKonstruktionindiebetrieblicheOrganisation . . . . . . . 3
1.3 MethodischeundtechnischeHilfenfürdieKonstruktion . . . . . . . . . . 9
1.4 NormenundVerbände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2 NotwendigkeitdesmethodischenKonstruierens . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1 Produktlebenslauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 IntegrierteProduktentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 HerkunftundBewältigungderAufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.1 Konstruktionsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.2 AufgabeoderProblem? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.3 PrinzipielleVorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 Systemtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.1 DerSystembegriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4.2 KlassifikationtechnischerSysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4.3 SystematischesKonstruieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3 ArbeitsschrittedesKonstruktionsprozessesundMethodenauswahl . . . . 39
3.1 KonstruierenalsInformationsumsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2 ArbeitsflussbeimKonstruieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2.1 VDI-Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.2 LeitfadenzurWeiterentwicklungvonBauteilen . . . . . . . . . . . 45
3.3 Methodenauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.1 AllgemeineinsetzbareMethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.2 SpezielleMethoden(Methodenbaukasten) . . . . . . . . . . . . . . 49
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
4 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1 Produktplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1.1 ABC-Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1.2 Wertanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1.3 Benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.2 Anforderungsliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.3 Restriktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5 Konzipieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.1 Abstraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.2 Funktionenbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.3 Funktionenstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.3.1 Funktionenbaum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.3.2 DasFAST-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.3.3 ErstellenvonFunktionenstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.4 ErmittlungundBewertungvonLösungsprinzipien . . . . . . . . . . . . . . 112
5.4.1 LösungssuchemitKreativitätstechniken . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.4.2 SystematischeSucheundAuswahlmöglicherVarianten . . . . . . 117
5.4.3 AuswahlgeeigneterLösungsvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.4.4 BewertungvonLösungsvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
6 EntwerfenundGestalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.1 Gestaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.1.1 BegriffderGestaltundihrerVariation . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.1.2 GrundregelnderGestaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.1.3 PrinzipienderGestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.1.4 RichtlinienzurGestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.2 Kostengünstigkonstruieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
6.2.1 EntstehungundEigenschaftenderProduktkosten . . . . . . . . . . 172
6.2.2 Kostenzieleund-beeinflussung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
6.2.3 Kostenermittlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7 Ausarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
7.1 VorgehensweiseundHilfsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
7.2 Erzeugnisgliederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
7.3 ZeichnungssystemeundStücklisten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
7.4 Kennzeichnungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
7.4.1 Nummerungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
7.4.2 Sachmerkmale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Inhaltsverzeichnis IX
8 RationalisierungdurchVariantenmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.1 Baureihen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
8.1.1 Normzahlenreihen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.1.2 BaureihennachÄhnlichkeitsgesetzen . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.2 Baukästen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
9 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
9.1 Aufgabenstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
9.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Einführung 1
Im allgemeinen Sprachgebrauch werden die Worte „Konstruktion“ und „konstruktiv“ in
verschiedenenZusammenhängenverwendet.Eserscheintdeshalbnützlich,dengenauen
InhaltdieserBegriffevorabzuklären.ImKonversationslexikonfindetmanzumStichwort
„Konstruktion“dieDefinition:
Allgemeiner Aufbau,Gestaltung oderBerechnungundEntwurfeines Bauwerksoder
einerMaschine.
Im Folgenden werden allerdings fast ausschließlich die Konstruktion und/oder das
KonstruierenimZusammenhangmitMaschinenbehandelt.DerDudenbietetzumStich-
wort„konstruktiv“diefolgendenInhaltean:
ordnend,folgerechtentwickeln,planmäßig
Eigenschaften, an die sich ein Konstrukteur bei seiner Tätigkeit immer wieder erinnern
sollte.
1.1 HistorischeEntwicklung
DenBeginneinerKonstruktionstätigkeitimeingangserwähntenSinnkannmanwohlam
ehesten Archimedes zuordnen,der ca. 250 Jahre v.Chr. auf Sizilien lebte. Er formulier-
te unter anderem die Hebelgesetze und konstruierte z.B. Flaschenzüge. Der erkennbar
würdigsteNachfolgervonArchimedeswardannHeron,deretwazuBeginnunsererZeit-
rechnunginAlexandrialebte,bereitseinigeMaschinenelementekannte(ca.6Stück)und
über das Zusammenwirken von Innen- und Außengewinde nachdachte. Lange Zeit war
keinnennenswerterFortschrittzuerkennen,bisLeonardodaVinci(1452–1519),dasUni-
versalgenie, zahlreiche Maschinen entwarf, er befasste sich außerdem bereits mit einer
systematischenOrdnungderMaschinenelemente(ca.20Stück).
©SpringerFachmedienWiesbadenGmbH,einTeilvonSpringerNature2018 1
P.Naefe,MethodischesKonstruieren,https://doi.org/10.1007/978-3-658-22636-7_1