Table Of ContentPaul 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
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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
