v02_-_konzept_1
TRANSCRIPT
Konstruktionslehre I ndash Vorlesung 2
Konzeptentwicklung I
Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
22 Oktober 2012
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
1 Einfuumlhrung
2 Allgemeiner Konstruktionsprozess
3 Anforderungsermittlung
4 Konzeptentwicklung
5 Gestalten
6 Bewerten von Loumlsungen
Gliederung
2
VDI 2221
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Beispiele fuumlr Anlagen
People-Mover
System
Gepaumlckfoumlrderanlage Raffinerie
3
Quelle wwwflackde
Quelle wwwwdictnet Quelle wwwklettde
Quelle amaportalfileswordpresscom
Kommunikationssystem SYSTEME
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Systembetrachtung
4
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Umfeld (Kontextbezogen)
System
Systemgrenze
Systembeschreibung
5
Randelement Randelement
Element
Relation
Definition
Gesamtheit geordneter Elemente z B
technische Gebilde oder Funktionen die auf-
grund ihrer Eigenschaften durch Relationen
verknuumlpft und durch eine Systemgrenze
umgeben sind
Input Element
Output Element
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Wie
W
as
Arbeitsschritte beim Konzipieren
nach PahlBeitz
6
Aufstellen von Funktionsstrukturen Gesamtfunktion - Teilfunktion
Suchen von Wirkprinzipien zum Erfuumlllen der Teilfunktionen
Kombinieren der Wirkprinzipien zur Wirkstruktur
Auswaumlhlen geeigneter Kombinationen
Konkretisieren zu prinzipiellen Loumlsungsvarianten
Bewerten nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien
Abstrahieren zum Erkennen der wesentlichen Probleme
Festlegen der prinzipiellen Loumlsung (Konzept) Freigabe zum Entwerfen
Ko
nzi
pie
ren
Information Festlegen der Anforderungsliste Freigabe zum Konzipieren
Definition
Kreation
Beurteilung
Entscheidung
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
7
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des funktionalen Zusammenhangs A
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Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
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Zweck und Zweckbeschreibung
Der erste und wichtigste Schritt zum Erstellen der Anforderungsliste ist
die Beschreibung des Zwecks des Produkts
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Der Zweck beschreibt loumlsungsneutral
die Aufgabe eines Produkts
Produktart = f (Zweck)
Hinweis Haumlufig wird der Zweck synonym mit den Begriffen Aufgabe bzw
Gesamtfunktion gebraucht
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Zweck Beispiele (1)
Produkt Zweck (beispielsweise)
Fahrradbremse Geschwindigkeit des Fahrrad reduzieren
Kuumlhlschrank Abkuumlhlen kuumlhl halten oder die Haltbarkeit
verlaumlngern von Lebensmittelnhellip
Eimer Speichern von flieszligfaumlhigen Stoffen
PKW Personen oderund Guumlter transportieren
Kopierer Daten vervielfaumlltigen
Tuumlrschloss am Auto ungewolltes Oumlffnen verhindern
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Funktion
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Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
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Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
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Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
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Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
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Allgemein anwendbare Funktionen
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Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
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Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
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Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
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Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
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3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
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Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
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1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
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Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
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Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
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Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
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1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
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Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
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An
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Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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1 Einfuumlhrung
2 Allgemeiner Konstruktionsprozess
3 Anforderungsermittlung
4 Konzeptentwicklung
5 Gestalten
6 Bewerten von Loumlsungen
Gliederung
2
VDI 2221
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Beispiele fuumlr Anlagen
People-Mover
System
Gepaumlckfoumlrderanlage Raffinerie
3
Quelle wwwflackde
Quelle wwwwdictnet Quelle wwwklettde
Quelle amaportalfileswordpresscom
Kommunikationssystem SYSTEME
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Systembetrachtung
4
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Umfeld (Kontextbezogen)
System
Systemgrenze
Systembeschreibung
5
Randelement Randelement
Element
Relation
Definition
Gesamtheit geordneter Elemente z B
technische Gebilde oder Funktionen die auf-
grund ihrer Eigenschaften durch Relationen
verknuumlpft und durch eine Systemgrenze
umgeben sind
Input Element
Output Element
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Wie
W
as
Arbeitsschritte beim Konzipieren
nach PahlBeitz
6
Aufstellen von Funktionsstrukturen Gesamtfunktion - Teilfunktion
Suchen von Wirkprinzipien zum Erfuumlllen der Teilfunktionen
Kombinieren der Wirkprinzipien zur Wirkstruktur
Auswaumlhlen geeigneter Kombinationen
Konkretisieren zu prinzipiellen Loumlsungsvarianten
Bewerten nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien
Abstrahieren zum Erkennen der wesentlichen Probleme
Festlegen der prinzipiellen Loumlsung (Konzept) Freigabe zum Entwerfen
Ko
nzi
pie
ren
Information Festlegen der Anforderungsliste Freigabe zum Konzipieren
Definition
Kreation
Beurteilung
Entscheidung
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
7
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des funktionalen Zusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
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kzu
sam
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han
g
Ph
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Eff
ekte
Geo
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isch
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lich
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Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
8
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Zweck und Zweckbeschreibung
Der erste und wichtigste Schritt zum Erstellen der Anforderungsliste ist
die Beschreibung des Zwecks des Produkts
9
Der Zweck beschreibt loumlsungsneutral
die Aufgabe eines Produkts
Produktart = f (Zweck)
Hinweis Haumlufig wird der Zweck synonym mit den Begriffen Aufgabe bzw
Gesamtfunktion gebraucht
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Zweck Beispiele (1)
Produkt Zweck (beispielsweise)
Fahrradbremse Geschwindigkeit des Fahrrad reduzieren
Kuumlhlschrank Abkuumlhlen kuumlhl halten oder die Haltbarkeit
verlaumlngern von Lebensmittelnhellip
Eimer Speichern von flieszligfaumlhigen Stoffen
PKW Personen oderund Guumlter transportieren
Kopierer Daten vervielfaumlltigen
Tuumlrschloss am Auto ungewolltes Oumlffnen verhindern
10
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Funktion
11
Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
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sam
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En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
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Wir
kzu
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kal
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Geo
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Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
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Ko
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g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Beispiele fuumlr Anlagen
People-Mover
System
Gepaumlckfoumlrderanlage Raffinerie
3
Quelle wwwflackde
Quelle wwwwdictnet Quelle wwwklettde
Quelle amaportalfileswordpresscom
Kommunikationssystem SYSTEME
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Systembetrachtung
4
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Umfeld (Kontextbezogen)
System
Systemgrenze
Systembeschreibung
5
Randelement Randelement
Element
Relation
Definition
Gesamtheit geordneter Elemente z B
technische Gebilde oder Funktionen die auf-
grund ihrer Eigenschaften durch Relationen
verknuumlpft und durch eine Systemgrenze
umgeben sind
Input Element
Output Element
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Wie
W
as
Arbeitsschritte beim Konzipieren
nach PahlBeitz
6
Aufstellen von Funktionsstrukturen Gesamtfunktion - Teilfunktion
Suchen von Wirkprinzipien zum Erfuumlllen der Teilfunktionen
Kombinieren der Wirkprinzipien zur Wirkstruktur
Auswaumlhlen geeigneter Kombinationen
Konkretisieren zu prinzipiellen Loumlsungsvarianten
Bewerten nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien
Abstrahieren zum Erkennen der wesentlichen Probleme
Festlegen der prinzipiellen Loumlsung (Konzept) Freigabe zum Entwerfen
Ko
nzi
pie
ren
Information Festlegen der Anforderungsliste Freigabe zum Konzipieren
Definition
Kreation
Beurteilung
Entscheidung
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
7
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des funktionalen Zusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
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Eff
ekte
Geo
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lich
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Merk
male
Pri
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Bau
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han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
8
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Zweck und Zweckbeschreibung
Der erste und wichtigste Schritt zum Erstellen der Anforderungsliste ist
die Beschreibung des Zwecks des Produkts
9
Der Zweck beschreibt loumlsungsneutral
die Aufgabe eines Produkts
Produktart = f (Zweck)
Hinweis Haumlufig wird der Zweck synonym mit den Begriffen Aufgabe bzw
Gesamtfunktion gebraucht
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Zweck Beispiele (1)
Produkt Zweck (beispielsweise)
Fahrradbremse Geschwindigkeit des Fahrrad reduzieren
Kuumlhlschrank Abkuumlhlen kuumlhl halten oder die Haltbarkeit
verlaumlngern von Lebensmittelnhellip
Eimer Speichern von flieszligfaumlhigen Stoffen
PKW Personen oderund Guumlter transportieren
Kopierer Daten vervielfaumlltigen
Tuumlrschloss am Auto ungewolltes Oumlffnen verhindern
10
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Funktion
11
Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
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uktu
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Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
metr
isch
e u
st
off
lich
e
Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
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Wir
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sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
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Geo
metr
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lich
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Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Systembetrachtung
4
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Umfeld (Kontextbezogen)
System
Systemgrenze
Systembeschreibung
5
Randelement Randelement
Element
Relation
Definition
Gesamtheit geordneter Elemente z B
technische Gebilde oder Funktionen die auf-
grund ihrer Eigenschaften durch Relationen
verknuumlpft und durch eine Systemgrenze
umgeben sind
Input Element
Output Element
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Wie
W
as
Arbeitsschritte beim Konzipieren
nach PahlBeitz
6
Aufstellen von Funktionsstrukturen Gesamtfunktion - Teilfunktion
Suchen von Wirkprinzipien zum Erfuumlllen der Teilfunktionen
Kombinieren der Wirkprinzipien zur Wirkstruktur
Auswaumlhlen geeigneter Kombinationen
Konkretisieren zu prinzipiellen Loumlsungsvarianten
Bewerten nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien
Abstrahieren zum Erkennen der wesentlichen Probleme
Festlegen der prinzipiellen Loumlsung (Konzept) Freigabe zum Entwerfen
Ko
nzi
pie
ren
Information Festlegen der Anforderungsliste Freigabe zum Konzipieren
Definition
Kreation
Beurteilung
Entscheidung
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
7
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des funktionalen Zusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
metr
isch
e u
st
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lich
e
Merk
male
Pri
nzi
plouml
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g
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nze
pt
Bau
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mm
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Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
8
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Zweck und Zweckbeschreibung
Der erste und wichtigste Schritt zum Erstellen der Anforderungsliste ist
die Beschreibung des Zwecks des Produkts
9
Der Zweck beschreibt loumlsungsneutral
die Aufgabe eines Produkts
Produktart = f (Zweck)
Hinweis Haumlufig wird der Zweck synonym mit den Begriffen Aufgabe bzw
Gesamtfunktion gebraucht
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Zweck Beispiele (1)
Produkt Zweck (beispielsweise)
Fahrradbremse Geschwindigkeit des Fahrrad reduzieren
Kuumlhlschrank Abkuumlhlen kuumlhl halten oder die Haltbarkeit
verlaumlngern von Lebensmittelnhellip
Eimer Speichern von flieszligfaumlhigen Stoffen
PKW Personen oderund Guumlter transportieren
Kopierer Daten vervielfaumlltigen
Tuumlrschloss am Auto ungewolltes Oumlffnen verhindern
10
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Funktion
11
Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
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sfuuml
hru
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Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
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ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Umfeld (Kontextbezogen)
System
Systemgrenze
Systembeschreibung
5
Randelement Randelement
Element
Relation
Definition
Gesamtheit geordneter Elemente z B
technische Gebilde oder Funktionen die auf-
grund ihrer Eigenschaften durch Relationen
verknuumlpft und durch eine Systemgrenze
umgeben sind
Input Element
Output Element
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Wie
W
as
Arbeitsschritte beim Konzipieren
nach PahlBeitz
6
Aufstellen von Funktionsstrukturen Gesamtfunktion - Teilfunktion
Suchen von Wirkprinzipien zum Erfuumlllen der Teilfunktionen
Kombinieren der Wirkprinzipien zur Wirkstruktur
Auswaumlhlen geeigneter Kombinationen
Konkretisieren zu prinzipiellen Loumlsungsvarianten
Bewerten nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien
Abstrahieren zum Erkennen der wesentlichen Probleme
Festlegen der prinzipiellen Loumlsung (Konzept) Freigabe zum Entwerfen
Ko
nzi
pie
ren
Information Festlegen der Anforderungsliste Freigabe zum Konzipieren
Definition
Kreation
Beurteilung
Entscheidung
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
7
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Festlegen des funktionalen Zusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
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szu
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Gro
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alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
8
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Zweck und Zweckbeschreibung
Der erste und wichtigste Schritt zum Erstellen der Anforderungsliste ist
die Beschreibung des Zwecks des Produkts
9
Der Zweck beschreibt loumlsungsneutral
die Aufgabe eines Produkts
Produktart = f (Zweck)
Hinweis Haumlufig wird der Zweck synonym mit den Begriffen Aufgabe bzw
Gesamtfunktion gebraucht
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Zweck Beispiele (1)
Produkt Zweck (beispielsweise)
Fahrradbremse Geschwindigkeit des Fahrrad reduzieren
Kuumlhlschrank Abkuumlhlen kuumlhl halten oder die Haltbarkeit
verlaumlngern von Lebensmittelnhellip
Eimer Speichern von flieszligfaumlhigen Stoffen
PKW Personen oderund Guumlter transportieren
Kopierer Daten vervielfaumlltigen
Tuumlrschloss am Auto ungewolltes Oumlffnen verhindern
10
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Funktion
11
Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
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en
An
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Fein
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En
twu
rf
Au
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hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
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slis
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Fu
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szu
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Fein
gest
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En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Wie
W
as
Arbeitsschritte beim Konzipieren
nach PahlBeitz
6
Aufstellen von Funktionsstrukturen Gesamtfunktion - Teilfunktion
Suchen von Wirkprinzipien zum Erfuumlllen der Teilfunktionen
Kombinieren der Wirkprinzipien zur Wirkstruktur
Auswaumlhlen geeigneter Kombinationen
Konkretisieren zu prinzipiellen Loumlsungsvarianten
Bewerten nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien
Abstrahieren zum Erkennen der wesentlichen Probleme
Festlegen der prinzipiellen Loumlsung (Konzept) Freigabe zum Entwerfen
Ko
nzi
pie
ren
Information Festlegen der Anforderungsliste Freigabe zum Konzipieren
Definition
Kreation
Beurteilung
Entscheidung
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
7
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des funktionalen Zusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
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szu
sam
men
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Fu
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Eff
ekte
Geo
metr
isch
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lich
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pt
Bau
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Gro
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alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
8
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Zweck und Zweckbeschreibung
Der erste und wichtigste Schritt zum Erstellen der Anforderungsliste ist
die Beschreibung des Zwecks des Produkts
9
Der Zweck beschreibt loumlsungsneutral
die Aufgabe eines Produkts
Produktart = f (Zweck)
Hinweis Haumlufig wird der Zweck synonym mit den Begriffen Aufgabe bzw
Gesamtfunktion gebraucht
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Zweck Beispiele (1)
Produkt Zweck (beispielsweise)
Fahrradbremse Geschwindigkeit des Fahrrad reduzieren
Kuumlhlschrank Abkuumlhlen kuumlhl halten oder die Haltbarkeit
verlaumlngern von Lebensmittelnhellip
Eimer Speichern von flieszligfaumlhigen Stoffen
PKW Personen oderund Guumlter transportieren
Kopierer Daten vervielfaumlltigen
Tuumlrschloss am Auto ungewolltes Oumlffnen verhindern
10
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Funktion
11
Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
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ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
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An
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sun
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Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
7
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des funktionalen Zusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
metr
isch
e u
st
off
lich
e
Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
8
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Zweck und Zweckbeschreibung
Der erste und wichtigste Schritt zum Erstellen der Anforderungsliste ist
die Beschreibung des Zwecks des Produkts
9
Der Zweck beschreibt loumlsungsneutral
die Aufgabe eines Produkts
Produktart = f (Zweck)
Hinweis Haumlufig wird der Zweck synonym mit den Begriffen Aufgabe bzw
Gesamtfunktion gebraucht
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Zweck Beispiele (1)
Produkt Zweck (beispielsweise)
Fahrradbremse Geschwindigkeit des Fahrrad reduzieren
Kuumlhlschrank Abkuumlhlen kuumlhl halten oder die Haltbarkeit
verlaumlngern von Lebensmittelnhellip
Eimer Speichern von flieszligfaumlhigen Stoffen
PKW Personen oderund Guumlter transportieren
Kopierer Daten vervielfaumlltigen
Tuumlrschloss am Auto ungewolltes Oumlffnen verhindern
10
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Funktion
11
Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
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kzu
sam
men
han
g
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kal
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Geo
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bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
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Geo
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Merk
male
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Ko
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pt
Bau
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Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Festlegen des funktionalen Zusammenhangs A
nfo
rderu
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en
An
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Fu
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on
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Gro
bg
est
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Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
8
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Zweck und Zweckbeschreibung
Der erste und wichtigste Schritt zum Erstellen der Anforderungsliste ist
die Beschreibung des Zwecks des Produkts
9
Der Zweck beschreibt loumlsungsneutral
die Aufgabe eines Produkts
Produktart = f (Zweck)
Hinweis Haumlufig wird der Zweck synonym mit den Begriffen Aufgabe bzw
Gesamtfunktion gebraucht
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Zweck Beispiele (1)
Produkt Zweck (beispielsweise)
Fahrradbremse Geschwindigkeit des Fahrrad reduzieren
Kuumlhlschrank Abkuumlhlen kuumlhl halten oder die Haltbarkeit
verlaumlngern von Lebensmittelnhellip
Eimer Speichern von flieszligfaumlhigen Stoffen
PKW Personen oderund Guumlter transportieren
Kopierer Daten vervielfaumlltigen
Tuumlrschloss am Auto ungewolltes Oumlffnen verhindern
10
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Funktion
11
Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
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sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
metr
isch
e u
st
off
lich
e
Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Zweck und Zweckbeschreibung
Der erste und wichtigste Schritt zum Erstellen der Anforderungsliste ist
die Beschreibung des Zwecks des Produkts
9
Der Zweck beschreibt loumlsungsneutral
die Aufgabe eines Produkts
Produktart = f (Zweck)
Hinweis Haumlufig wird der Zweck synonym mit den Begriffen Aufgabe bzw
Gesamtfunktion gebraucht
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Zweck Beispiele (1)
Produkt Zweck (beispielsweise)
Fahrradbremse Geschwindigkeit des Fahrrad reduzieren
Kuumlhlschrank Abkuumlhlen kuumlhl halten oder die Haltbarkeit
verlaumlngern von Lebensmittelnhellip
Eimer Speichern von flieszligfaumlhigen Stoffen
PKW Personen oderund Guumlter transportieren
Kopierer Daten vervielfaumlltigen
Tuumlrschloss am Auto ungewolltes Oumlffnen verhindern
10
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Funktion
11
Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
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en
An
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Fu
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Merk
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Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
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En
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Au
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hru
ng
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terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Zweck Beispiele (1)
Produkt Zweck (beispielsweise)
Fahrradbremse Geschwindigkeit des Fahrrad reduzieren
Kuumlhlschrank Abkuumlhlen kuumlhl halten oder die Haltbarkeit
verlaumlngern von Lebensmittelnhellip
Eimer Speichern von flieszligfaumlhigen Stoffen
PKW Personen oderund Guumlter transportieren
Kopierer Daten vervielfaumlltigen
Tuumlrschloss am Auto ungewolltes Oumlffnen verhindern
10
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Funktion
11
Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
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Fein
gest
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En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
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Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Funktion
11
Definition
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines
Systems mit dem Ziel einen Zweck zu erfuumlllen
Funktion 1
Zweck Input
Funktion 2
Output
Input Output
Zweck Funktion
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
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eru
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te
Fu
nkti
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Geo
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bg
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alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
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An
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Au
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hru
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ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Allgemeine Funktion
Umsatz von Energie Stoff und Signal Loumlsung noch unbekannt
Aufgabe bzw Funktion aufgrund der Ein- und Ausgaumlnge beschreibbar
Funktion
(Black Box)
Energie
Stoff
Signal
Energie acute
Stoff acute
Signal acute
Eingangsgroumlszligen Ausgangsgroumlszligen
12
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
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An
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Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
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An
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ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Apparat
Maschine
Geraumlt
Gas Fluumlssigkeit
feste Koumlrper Staub
Rohprodukt Material Pruumlfling
mechanische thermische
elektrische chemische
optische nukleare
Messgroumlszlige Anzeige
Steuerimpuls
Daten Informationen
Hauptfluss
Stoff- oder Materie
Hauptfluss
Energie
Hauptfluss
Signal
13
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
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Fein
gest
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En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
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terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
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Fein
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ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Telefonapparat
Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss
Pkw-Dieselmotor
Kaffeemaschine
Apparat
Geraumlt
Maschine Apparat Geraumlt
Maschine
14
Quelle wwwreclinede wwwimtradexat
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
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An
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Fein
gest
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En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
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terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
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An
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Fein
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En
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Au
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ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Bildung einer Funktionsstruktur
bull Um uumlberschaubare Aufgaben zu erhalten wird die Gesamtfunktion (Zweck)in
Teilfunktionen zerlegt Zur Realisierung der Gesamtfunktion sind die Teilfunktionen
durch Relationen verknuumlpft (logischer Zusammenhang) Das Ergebnis ist die
Funktionsstruktur
bull Die Funktionsstruktur ist loumlsungsneutral
15
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
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Fein
gest
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En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
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An
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Fein
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hru
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ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
16
Nach Rodenacker
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
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Geo
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Merk
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Pri
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Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
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Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Definition der Hauptfunktion
Hauptfunktion
Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo
oder
Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt
17
Beschreibung einer Hauptfunktion
Quelle wwwheatballde
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
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en
An
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Fu
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bg
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Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
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Fein
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En
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Au
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ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Funktion
Allgemeiner und gewollter Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems mit dem
Ziel eine Aufgabe zu erfuumlllen
Gesamtfunktion
Funktion die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst
Teilfunktion
Funktion die eine Teilaufgabe erfasst
Hauptfunktion
Teilfunktion die unmittelbar der Gesamtfunktion dient
Nebenfunktion
Teilfunktion die die Hauptfunktion unterstuumltzt und daher nur mittelbar der Gesamtfunktion dient
Elementarfunktion (nach Koller)
Funktion die sich nicht weiter gliedern laumlsst und allgemein anwendbar ist
Funktionsstruktur
Verknuumlpfung von Teilfunktionen zu einer Gesamtfunktion
Begriffe Funktionssynthese
18
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
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An
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gest
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En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
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terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
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Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Allgemein anwendbare Funktionen
19
Quelle PahlBeitz
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
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Fu
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Wir
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Eff
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Geo
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lich
e
Merk
male
Pri
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plouml
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Ko
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Bau
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Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
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Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Methoden zum Aufstellen der Fkt-Struktur
Gesamt-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Teil-
funktion
Funktionsgrad n
n-1
n-2
Kom
ple
xitauml
tK
om
ple
xitauml
t
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen ein Prozessablauf oder
der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt
eine Rolle spielt
besonders geeignet fuumlr
Produkte bei denen die Reihenfolge von
Ereignissen keine Rolle spielt sondern ihre
Abhaumlngigkeit voneinander
bdquoInput-Output-Methodeldquo bdquoHierarchische Methodeldquo
bull Funktionen im mathematischen Sinn
bull Eindeutiger Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgroumlszligen
bull bdquoZielorientiertes Modellldquo
bull bdquoSubstantiv und Verb Modellldquo
bull Top-Down oder Bottom-Up
20
Gesamtfunktion
Teilfunktion Substantiv+Verb
Ko
mp
lexitauml
tK
om
ple
xitauml
t
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
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ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
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g
Fu
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sstr
uktu
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Geo
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isch
e u
st
off
lich
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Merk
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Pri
nzi
plouml
sun
g
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nze
pt
Bau
zusa
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Fein
gest
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En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
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Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
metr
isch
e u
st
off
lich
e
Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
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Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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1 Zweckbeschreibung definieren
2 Hauptfluss festlegen
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen
(Haupt- amp Nebenfunktionen) zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
6 Evtl Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
21
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
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alt
Fein
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alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
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isch
e u
st
off
lich
e
Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Funktion Deckel Sortieren
Beschreibung einer Hauptfunktion
Kronkorken
bull 3000 Stuumlck alle 30 Min
bull Diskontinuierliches
Vorliegen in einem
Speicher
Kronkorken
bull 30 StuumlckSec
bull Definierte Lage
22
Nach Rodenacker
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
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Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
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on
szu
sam
men
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Fu
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on
sstr
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Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
metr
isch
e u
st
off
lich
e
Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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1 Zweckbeschreibung definieren
Ungeordnete Flaschendeckel in definierte Lage bringen und in definiertem zeitlichen Abstand
ausstoszligen
2 Hauptfluss festlegen
Stoff Flaschendeckel
3 Aufstellen der Gesamtfunktion
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage
alle 610 s hintereinander
Aufstellen der Funktionsstruktur
23
Ungeordnete Deckel in definierter
Lage und zeitl Abstand einzeln
ausstoszligen
3000 Deckel ungeordnet
alle 30 min
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
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kal
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ekte
Geo
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lich
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plouml
sun
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Ko
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han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
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Geo
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Merk
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Pri
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bg
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alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
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Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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4 Gesamtfunktion in wenigewesentliche Teilfunktionen zerlegen
5 Evtl weitere Teilfunktionen einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
24
3000 Deckel
ungeordnet alle 30
min
Kontinuierliche Ausgabe in
definierter Lage alle 610 s
hintereinander
Deckel
speichern
Deckel
vereinzeln
Geforderte
Deckellage
erzeugen
Deckel-
Abstand
erzeugen
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
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han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
metr
isch
e u
st
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lich
e
Merk
male
Pri
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plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
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g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
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Fu
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Gro
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Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren
Aufstellen der Funktionsstruktur
25
Messenergie
Deckel
vereinzeln
Deckel
transportieren
Deckellage
sensieren
Geforderte
Deckellage
erzeugen
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
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Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
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Au
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sun
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ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Aussagen
bull Haumlufig laumlsst sich die erste Funktionsstruktur fuumlr eine Gesamtfunktionen
durch bdquoscharfes Hinsehenldquo entwickeln
bull Je komplexer die Aufgabe je tiefer muss aufgegliedert werden evtl bis zu
Elementarfunktionen
bull Teilfunktionen konkret aber loumlsungsneutral beschreiben bdquoSand trocknenldquo
bdquoWasser erwaumlrmenldquo
bull Variation der Reihenfolge von Teilfunktionen fuumlhrt zu neuen
Funktionsstrukturen
bull Fuumlr eine Aufgabe koumlnnen verschiedene Funktionsstrukturen erstellt
werden
Aufstellen der Funktionsstruktur
26
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
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An
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nkti
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szu
sam
men
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Geo
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isch
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hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
metr
isch
e u
st
off
lich
e
Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
27
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
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ysi
kal
Eff
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Geo
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isch
e u
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lich
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Merk
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Pri
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zusa
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alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
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Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Festlegen des Wirkzusammenhangs A
nfo
rderu
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An
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Fu
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Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
28
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
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Au
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sun
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ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Finden von Teilloumlsungen
Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden
29
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
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kzu
sam
men
han
g
Ph
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kal
Eff
ekte
Geo
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isch
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lich
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male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
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Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
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Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
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Funktion physik Effekt Prinziploumlsung
Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen
30
Quelle PahlBeitz
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
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isch
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st
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lich
e
Merk
male
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nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
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g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Produktkonzept
Prinziploumlsung 3 Prinziploumlsung 2 Prinziploumlsung 1
Was und Wie der Konzeptentwicklung
31
Gesamtfunktion
hellip hellip Teilfunktion 1 Teilfunktion 2 Teilfunktion 3
Morphologischer Kasten
Analogie-Methoden Heuristische Methoden
Diskursive Methoden
Diskursive Methoden Analogie-Methoden
Heuristische Methoden
Diskursive Methoden Heuristische Methoden
Analogie-Methoden
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
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est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
Diskursive Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der
Naturwissenschaften
Analogie-Methoden
Systematisch-methodische Loumlsungsfindung durch Betrachtung der Loumlsungen fuumlr
bereits geloumlste gleiche oder aumlhnliche Aufgabenstellungen
Heuristische Methoden
Loumlsungsfindung durch mehr oder weniger spontane Ideen und Nutzung der
menschlichen Kreativitaumlt
32
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
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Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
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kal
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Geo
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lich
e
Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
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Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
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Gliederung
4 Konzeptentwicklung
33
1 Funktionsstruktur
2 Entwickeln von Teilloumlsungen (WK)
1 Diskursive Methoden
2 Heuristische Methoden
3 Methoden der Analogiebetrachtung
4 Systematisches Erweitern des Loumlsungsfeldes
3 Aufstellen der Gesamtloumlsung (WK)
4 Aufstellen des Gestaltungskonzepts (GK)
VDI 2221
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
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Ko
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Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
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ag
neti
sch
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Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
34
Loumlsungsfeld
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
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Fu
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Fein
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twu
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Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Loumlsung Problem
Kataloge
Literatur-
recherche
Messungen
Analogie-
Betrachtung
Da kann ich lange
warten
Diskursive Methoden Der sichere Weg
35
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
ekte
Geo
metr
isch
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st
off
lich
e
Merk
male
Pri
nzi
plouml
sun
g
Ko
nze
pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Diskursive Methoden phys Zusammenhang
Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische
Aufgabenstellung ist die Betrachtung der
physikalischen Zusammenhaumlnge
36
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
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Gro
bg
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alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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bull die Realisierung einer Funktion beruht auf der Anwendung von
physikalischen Effekten
bull der physikalische Effekt ist durch physikalische Gesetze beschreibbar
bull zur Realisierung einer Funktion sind unter Umstaumlnden mehrere
physikalische Effekte notwendig
bull zur Realisierung derselben Funktion koumlnnen unterschiedliche
physikalische Effekte zur Anwendung kommen
Physikalischer Effekt
37
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
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sstr
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men
han
g
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Eff
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Geo
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lich
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plouml
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Ko
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Bau
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g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Von der Funktion zum physikalischen Effekt
Prinziploumlsung
Koller Ansatz
physikalischem Effekt (Elementar-)Funktion direkter
Zusammenhang
Kataloge physikalischer Effekte machen den Ingenieur unabhaumlngig
von seinem Physikwissen
38
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
Wir
kzu
sam
men
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g
Ph
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Eff
ekte
Geo
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isch
e u
st
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lich
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mm
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est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Elementare Funktionen Energie
Teilen Eine Energie oder Energiekomponente
in mehrere Energiemengen oder
Energie-komponenten teilen
Wandeln Eine Energie oder Energiekomponente
A in eine Energie oder
Energiekomponente B wandeln
Vergroumlszligern Verkleinern Den skalaren Wert a1 einer
Energiekomponente auf einen Wert a2
ver-groumlszligern oder verkleinern
Richtung aumlndern Die Richtung einer vektoriellen
Energie-komponente aumlndern
Leiten Einen bdquobestimmten Weg bereitenldquo um
eine Energie oder Energie-
komponente von Ort 1 nach Ort 2 zu
bringen
Isolieren Verhindern dass eine Energie oder
Energie-komponente in einen
bestimmten Raum hinein wirken kann
Sammeln Mehrere Mengen gleicher oder
verschiedener Energien oder Energie-
komponenten zusam-menfassen
(addieren summieren buumlndeln)
Mischen Energien verschiedener Qualitaumlt
zusammenbringen (mischen)
Trennen Energien nach Unterscheidungs-
merkmalen ordnen (sortieren)
39
Quelle Koller
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
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kzu
sam
men
han
g
Ph
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kal
Eff
ekte
Geo
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isch
e u
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lich
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male
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nzi
plouml
sun
g
Ko
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Bau
zusa
mm
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han
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Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
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Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Elementarfunktionen nach Koller
Energie Stoff Energie amp Stoff Signal
Quelle Koller
40
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
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kzu
sam
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g
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Bau
zusa
mm
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han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
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ag
neti
sch
e
Bre
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57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung
41
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
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on
sstr
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kzu
sam
men
han
g
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kal
Eff
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Geo
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lich
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bg
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alt
Fein
gest
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En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
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Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
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n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
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n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
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Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Identifizierung von potentiellen Effekten
42
Animation
Quelle DA Muumlser ikt 2011
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
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slis
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Fu
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on
szu
sam
men
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Fein
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rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Prinziploumlsung (Wirkkonzept)
Prinziploumlsung
(WK) Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
43
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
Fu
nkti
on
sstr
uktu
r
Wir
kzu
sam
men
han
g
Ph
ysi
kal
Eff
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Geo
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isch
e u
st
off
lich
e
Merk
male
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plouml
sun
g
Ko
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pt
Bau
zusa
mm
en
han
g
Gro
bg
est
alt
Fein
gest
alt
En
twu
rf
Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Definition Prinziploumlsung
Die Prinziploumlsung umfasst die Angabe des
physikalischen Effekts des Effekttraumlgers sowie der fuumlr die
Realisierung der Funktion notwendigen
qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts
Mit Hilfe der Prinziploumlsung kann der
Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden
44
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
nfo
rderu
ng
en
An
ford
eru
ng
slis
te
Fu
nkti
on
szu
sam
men
han
g
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En
twu
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Au
sfuuml
hru
ng
sun
terl
ag
en
Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
45
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Festlegen der Prinziploumlsungen fuumlr Teilf A
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Au
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ng
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ag
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Daten Konkretisierungsgrad
Modelle Abstraktionsgrad
Geometrie
Kinematik Kraumlfte
Energie Stoff
Signal Sicherheit
Ergonomie
Kontrolle
Fertigunghellip
Funktionsart
Verknuumlpfungsart
Hauptfluss
Energie Stoff
Signal
Energieart
Stoffart Signalart
Wirkgeometrie
(prinzipiell) Art
Form Lage
Wirkbewegung
(prinz) Art Form
Richtung Stoffart
(prinz) Zustandhellip
Funktions-
bestimmende Ein-
und
Ausgangsgroumlszligen
an der
Systemgrenze
Wirkgeometrie
Hauptform
Komplexitaumlt
Hauptabmess-
ungen Anord-
nung der Fuumlge-
stellen Werk-
stoffgruppen
Wirkgeometrie
Detailfestlegun
Fuumlgeverfahren
Sonstige Geo-
metrieDetail-
festlegungen
Systemgrenze
Anschlussmaszlige
Anschlussbelast-
ungen
Gebrauchsdaten
Einzelteile Ab-
messungen mit
Qualitaumltsangaben
Werkstoff mit
Behandlungs-
zustand Halb-
zeuge Rohteile
Normdaten
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Effekttraumlger
Effekttraumlger Stoff
46
bull Die Umsetzung der gewaumlhlten physikalischen Effekte erfolgt mit
Hilfe von Effekttraumlgern
bull Der Effekttraumlger ist der Stoff der zur Umsetzung des physikalischen
Effekts in ein technisches Gebilde genutzt wird
bull zur Realisierung derselben Aufgabe koumlnnen bei gleichen Effekten
unterschiedliche Effekttraumlger eingesetzt werden
physikalischer
Effekt
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Funktionsstruktur
Teilfunktion
Elementarfunktion
nach Koller
Prinzipkatalog
nach Koller
Physikalischer
Effekt
Effekttraumlger (Stoff)
Wirkflaumlche
F
F
F
F
phys
Effekt
Effekt-
traumlger
Laumlngs-
dehnung
Torsion
Stahl Gummi
F
F
bdquoVerformung durch Kraft erzeugenldquo
Biegung
F F2 F2
physikalischer Effekt ndash Effekttraumlger
47
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Wirkflaumlchen
Damit der gewaumlhlte physikalische Effekt umgesetzt werden kann muss
der Effekttraumlger mit Wirkflaumlchen versehen werden
Durch die Gestaltung der Wirkflaumlchen des Effekttraumlgers wird der
physikalische Effekt erzwungen
48
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
51
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
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Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
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Prinziploumlsungen (WK)
Prinziploumlsung
Stahl S 275 Q
Effekttraumlger
physikalischer
Effekt
qualitative
Gestaltparameter
des
Wirkorts
49
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
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Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
50
Loumlsungsfeld
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
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Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
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Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
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Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
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Zweck von Ordnungsschemata
Ordnungsschemata helfen noch nicht entdeckte
Loumlsungen systematisch zu finden
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
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om
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sch
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mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
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1 Gefundene Loumlsungen clustern z B nach physikalischen Effekten
Wirkflaumlchenform hellip
2 Erstes Aufstellen des Ordnungsschemas
3 Einsortieren der Loumlsungen in das Ordnungsschema
4 Evtl Erweiterung der Gliederungsebenen des Ordnungsschemas
5 Fuumlllen der bdquoweiszligen Felderldquo des Ordnungsschemas
Ordnungsschemata Vorgehen
52
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
53
Quelle PahlBeitz
Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
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Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
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Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
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bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
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Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
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Ordnende Gesichtspunkte Stoffl Merkmale
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Prinzipielle Stoffeigenschaften
Zustand fest fluumlssig gasfoumlrmig
Verhalten starr elastisch plastisch zaumlhfluumlssig
Form Festkoumlrper Koumlrner Pulver Staub
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
54
Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
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57
Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
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Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
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Ordnende Gesichtspunkte Geom Merkmale
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Wirkgeometrie (Wirkkoumlrper Wirkflaumlche)
Art Punkt Linie Flaumlche Koumlrper
Form Rundung Kreis Ellipse Hyperbel Parabel Dreieck Quadrat Rechteck Fuumlnf- Sechs- Achteck
Zylinder Kegel Rhombus Wuumlrfel Kugel symmetrisch asymmetrisch
Lage axial radial vertikal horizontal parallel hintereinander
Groumlszlige klein groszlig schmal breit hoch niedrig
Anzahl ungeteilt geteilt einfach doppelt mehrfach
Wirkbewegung
Art ruhend translatorisch rotatorisch
Form gleichfoumlrmig ungleichfoumlrmig oszillierend
Richtung in x- y- z-Richtung oder um diese Achsen
Betrag Houmlhe der Geschwindigkeit
Anzahl der
Bewegungen eine mehrere zusammengesetzte
Quelle PahlBeitz
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
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isch
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mse
n
Z2
Ele
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om
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Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
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Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
66
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Ordnende Gesichtspunkte physik Merkmale
55
Quelle PahlBeitz
Energiearten physik Effekte und Erscheinungsformen
Mechanisch Gravitation Traumlgheit Fliehkraft
Hydraulisch hydrostatisch hydrodynamisch
Pneumatisch aerostatisch aerodynamisch
Elektrisch elektrostatisch elektrodynamisch
Magnetisch ferromagnetisch elektromagnetisch
Optisch Reflexion Brechung Beugung Interferenz Polarisation infrarot sichtbar ultraviolett
Thermisch Ausdehnung Bimetalleffekt Waumlrmespeicher Waumlrmeuumlbertragung Waumlrmeleitung
Waumlrmeisolierung
Chemisch Verbrennung Oxidation Reduktion aufloumlsen binden umwandeln Elektrolyse exotherme
endotherme Reaktion
Nuklear Strahlung Isotopen Energiequelle
Biologisch Gaumlrung Verrottung Zersetzen
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
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sch
e
Bre
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Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
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Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
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Klassifikation von Kupplungen
Allgemein unterscheidet man bei Kupplungen zwei uumlbergeordnete Gruppen
1 schlupffreie Kupplungen s = 0 Synchronlauf
2 Schlupfkupplungen s 0 Asynchronlauf 1
21
1
21
1
12
n
nn
n
nsSchlupf
56
Quelle Niemann
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
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sch
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Quelle Niemann
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
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Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
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Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
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Beispiel Parameter nur fuumlr Zeile
Nummerierung
Klassifikation
von Bremsen
1 2 3 4
C1Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist radial
C2Verschiebungsrichtung
der Bremsflaumlchen ist axial
C1
C2
Z1
M
ech
an
isch
e
Bre
mse
n
Z2
Ele
ktr
om
ag
neti
sch
e
Bre
mse
n
57
Quelle Niemann
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RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
58
Loumlsungsfeld
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen
bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
59
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
60
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
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Schema eines Konstruktionskatalogs
63
Quelle Roth
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
64
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
65
Loumlsungsfeld
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Ende der Bildschirmpraumlsentation
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
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Loumlsungsfeld
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bull Kataloge sind eine Sammlung bekannter und bewaumlhrter Loumlsungen
fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
Loumlsungen koumlnnen sehr unterschiedliche Konkretisierungsstufen
haben
Kataloge
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
61
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
62
Quelle Roth
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Schema eines Konstruktionskatalogs
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Katalog Reibsysteme
Quelle Roth
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
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fuumlr bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen
bull Sie koumlnnen Informationen sehr verschiedenen Inhalts enthalten die
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haben
Kataloge
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Einfluss von Katalogen Produktgliederung
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
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Schema eines Konstruktionskatalogs
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Katalog Reibsysteme
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Heuristische Methoden
bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
bull Delphi-Methode
bull Kombinierte Anwendungen
bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
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Gliederungsteil
Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
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Schema eines Konstruktionskatalogs
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Katalog Reibsysteme
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bull Brainstorming
bull Methode 635
bull Galeriemethode
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bull Synektik
Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
bull Analyse bekannter technischer
Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
bull Systematische Untersuchung des
physikalischen Zusammenhangs
bull Systematische Untersuchung mit
Hilfe von Ordnungsschemata
bull Verwendung von Katalogen
bull TRIZ (KL II)
Allgemein einsetzbare Loumlsungsmethoden
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Enthaumllt die wesentlichen Gesichtspunkte die die Elemente des Hauptteils also den
eigentlichen Kataloginhalt widerspruchsfrei unterteilen
Am Gliederungsteil kann der Benutzer die Vollstaumlndigkeit des Katalogs uumlberpruumlfen
Hauptteil
Er stellt den eigentlichen Inhalt des Katalogs dar Im Hauptteil befinden sich die
Loumlsungen nach denen gesucht wird
Zugriffsteil
Er enthaumllt Loumlsungsspezifika die besondere Eigenschaften der dargestellten Loumlsung
beschreiben Die Gestaltung haumlngt stark vom Anwendungszweck ab Er soll es
ermoumlglichen die guumlnstigsten Loumlsungen schnell zu finden und nicht in Frage kommende
sofort auszuschlieszligen
Grundsaumltzlicher Aufbau von Katalogen
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Konstruktionskataloge
Beispiele
bull Physikalische Effekte
bull Eigenschaften von
Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
(aufgabenabhaumlngig)
Einteilung von Konstruktionskatalogen
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Schema eines Konstruktionskatalogs
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Systeme
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Beispiele
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Werkstoffen
bull Geradfuumlhrungen
bull einstufige Zahnradgetriebe
Objektkataloge
(aufgabenunabhaumlngig)
Beispiele
bull Regeln zur Erzeugung von
Funktionsstrukturen
bull Konstruktionsregeln
bull Regeln zur Variation der
StrukturGestalt
Operationskataloge
Beispiele
bull Stuumlckgut speichern
bull Kraft erzeugen
bull Nachricht verknuumlpfen
bull
Loumlsungskataloge
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Einteilung von Konstruktionskatalogen
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bull Methode 635
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Analogie-Methoden
bull Literaturrecherche
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Systeme
bull Messungen und Modellversuche
bull Analogiebetrachtungen
- technische Systeme
- natuumlrliche Systeme (Bionik)
Diskursive Methoden
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physikalischen Zusammenhangs
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- technische Systeme
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