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Ausgangspunkt einer Entwicklungsaufgabe ist die Marktanalyse, durch die entsprechende Bedürfnisse am Markt festgestellt werden. Diese können durch die Neuentwicklung und den Verkauf eines Produktes abgedeckt werden.

Anregungen durch Konkurrenzprodukte sind bei der Entwicklung dieses Produktes durchaus nicht unüblich. Es folgt nun die Formulierung einer technischen Aufgabenstellung.

Ist diese Aufgabenstellung eindeutig, stellt sich als erstes die Frage, welches technische Verfahren für die Lösung dieser Aufgabe nutzbar sein könnte. Als nächstes folgt die Überlegung, wie die sich ergebende Lösung materiell umsetzbar ist, d.h. wie das Produkt hergestellt werden kann.

Die eigentliche Lösungsfindung und die Erarbeitung der Dokumentation wird als Konstruktiver Entwicklungsprozess - KEP - bezeichnet, dessen Ergebnis eine technische Zeichnung und die entsprechenden Beschreibungen des Produktes sind.

Bild: Fertigungsgerechtes Konstruieren

Die Gesamtheit des Konstruktionsprozesses wird, wie im Bild dargestellt, in drei Entwicklungsprozesse gegliedert, die nacheinander aber auch durch ihre vielfältigen Wechselwirkungen zum großen Teil parallel verlaufen können.

Die technische Aufgabenstellung könnte beispielsweise lauten, einen Datenspeicher für einen Rechner zu entwerfen. Hier müssen zunächst die Aufgabenstellung und die dazugehörigen Verfahrensschritte erarbeitet werden. Als nächstes wird das physikalisch nutzbare, technische Verfahren festgelegt. Im vorliegenden Beispiel soll die Speicherung digitaler Informationen auf Magnetschichtplatten erfolgen. Verfahrensseitig muss also vorher geklärt sein, wie die Magnetschichten auf die Platte aufgetragen werden. Konstruktiv ergibt sich daraus die Forderung nach einer Lagerung und einem Antrieb für diese Platte. Außerdem muss ein Bewegungsmechanismus für den Schreib-Lesekopf berücksichtigt werden.

Sie sind die wesentlichen mechanischen Elemente, die für den Konstruktiven Entwicklungsprozess beachtet werden müssen.

Alle aus der Konstruktiven Entwicklung des Produktes resultierenden geometrischen Details müssen auch fertigungstechnisch umsetzbar sein. Das bedeutet, dass nun im technologischen Entwicklungsprozess die Umsetzung der verfahrenstechnischen und konstruktiven Ergebnisse vorgenommen wird.

Als Aufgabenstellung im Maschinenbau steht also immer der Entwurf eines technischen Gebildes, in einer Form, die realisierbar ist.

Bild: Gliederung des Konstruktiven Entwicklungsprozesses (KEP)

Das Beispiel im Bild zeigt eine Kurbelschwinge mit zwei Lagerstellen, d.h. zwei Drehpunkten, die durch ein Element verbunden sind. Dieses Verbindungselement, welches die beiden Lagerungen realisiert, ist konstruktiv umzusetzen. Dafür gibt es die verschiedensten Möglichkeiten bezüglich der Verwendung von Werkstoffen und der Herstellungstechnologien.
Als erstes werden die Funktionsflächen eingezeichnet. Sie bestehen aus zwei zylindrischen Flächen, in denen achsenartige Elemente gelagert werden können. Diese Wirkflächen sind vorgegeben und können nicht verändert oder an andere Stellen verschoben werden.

Geometrisch am einfachsten herstellbar ist ein Blech, in das z.B. durch Bohren und Fräsen die Lageröffnungen eingebracht werden (Abb. a). Wenn das Fräsen ausgeschlossen werden soll, da beispielsweise eine solche Bearbeitungsmaschine nicht zu Verfügung steht, müssen andere Lösungen gefunden werden.

Ein weiteres Herstellungsverfahren wäre das Gießen. Dafür werden aber auch die entsprechenden Werkstoffe benötigt, Kunststoffe oder Metalle. Ein Hebel, der gusstechnisch hergestellt wird, könnte, wie in Abbildung b dargestellt, aussehen. Auch hier sind die zwei Lagerbohrung berücksichtigt und dazwischen ist ein Profil ausgeformt.

Es existieren noch wesentlich mehr Möglichkeiten, die geforderten Aufgaben zu erfüllen. Durch Blechschneiden und Biegen könnte ebenfalls ein nutzbares Gebilde entstehen. Es könnte wie ein U-förmiges Profil aussehen und die Lager werden als einfache Querbohrungen realisiert (Abb. c).

Wenn die Kurbel aus mehreren Teilen zusammengeschweißt werden soll, müssen wieder andere Geometrien angewendet werden und die Werkstoffauswahl muss auf dieses Herstellungsverfahren abgestimmt sein, da nicht jeder schweißbar ist. Die Geometrie besteht hierbei aus einer schmalen Grundplatte mit zwei Bohrungen, in welche die Lagerbuchsen eingeschweißt werden (Abb. d).

Unverändert bleiben bei allen Lösungen die funktionswichtigen Flächen. Auch eine Scheibe, wie in Abbildung e, würde die Forderung mit diesen beiden zylindrischen Wirkflächen realisieren. Es wären nur die Fertigungsabschnitte Drehen und Bohren notwendig. Der Materialeinsatz bei dieser Lösung wäre allerdings erheblich höher.

Drehbewegungen können auch durch gebogene Stäbe übertragen werden, die durch Schneiden und Biegen hergestellt werden können (Abb. f).

Es gibt also einen engen Zusammenhang zwischen geforderter Funktion, Geometrie, Werkstoff und dem Herstellungsverfahren.

Bild: Gestaltungsmöglichkeiten von Werkstücken

Im Bild werden diese Zusammenhänge noch einmal dargestellt. Ausgangspunkt ist die Funktion, das technische Verfahren, also die technische Aufgabenstellung. Diese Funktion ist eindeutig und nicht veränderbar. Die Umsetzung dieser Funktion erfolgt mittels einer bestimmten Geometrie, der ein entsprechender Werkstoff in einem definierten Zustand zugeordnet wird. Die Gesamtheit dieser drei Parameter eines technischen Gebildes wird als seine Gestalt bezeichnet. Alle drei Parameter der Gestalt stehen in einer engen Abhängigkeit zueinander.

Der Zustand, z.B. magnetisch, gehärtet, geglüht, spannungsfrei, bezeichnet Eigenschaften, die nicht zwangsläufig werkstoffspezifisch sind und die mit in die Gestalt eingehen.

Auf das Beispiel im vorangegangen Bild Abbildung a angewendet, könnte das bedeuten, dass bei einer gewünschten Reduzierung der Blechdicke geprüft werden muss, ob der ursprünglich gewählte Werkstoff in seinem speziellen Zustand dann noch in der Lage ist, die geforderte Funktion zu erfüllen. Ergebnis könnte eine andere Werkstoffauswahl sein oder die Verwendung des gleichen Werkstoffes, nur z.B. im gehärteten Zustand.

Die Gestalt, mit Geometrie, Werkstoff und Zustand, ist das wesentliche Merkmal, das beeinflusst werden kann. Diese Einflussnahme wird als Gestaltung bezeichnet.

Alle Einzelparameter sind für die Auswahl und die Art des Herstellungsprozesses ausschlaggebend und besitzen zu ihm vielfältige Wechselwirkungen.

Bild: Zusammenhang von Funktion - Gestalt - Herstellung
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