v02_-_konzept_1

66
Konstruktionslehre I – Vorlesung 2 Konzeptentwicklung I Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 22. Oktober 2012

Upload: mirnes-civic

Post on 03-Jan-2016

173 views

Category:

Documents


1 download

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Beispiele fuumlr Anlagen

People-Mover

System

Gepaumlckfoumlrderanlage Raffinerie

3

Quelle wwwflackde

Quelle wwwwdictnet Quelle wwwklettde

Quelle amaportalfileswordpresscom

Kommunikationssystem SYSTEME

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Systembetrachtung

4

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Beispiele fuumlr Anlagen

People-Mover

System

Gepaumlckfoumlrderanlage Raffinerie

3

Quelle wwwflackde

Quelle wwwwdictnet Quelle wwwklettde

Quelle amaportalfileswordpresscom

Kommunikationssystem SYSTEME

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Systembetrachtung

4

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Beispiele fuumlr Anlagen

People-Mover

System

Gepaumlckfoumlrderanlage Raffinerie

3

Quelle wwwflackde

Quelle wwwwdictnet Quelle wwwklettde

Quelle amaportalfileswordpresscom

Kommunikationssystem SYSTEME

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Systembetrachtung

4

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Systembetrachtung

4

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Telefonapparat

Aufstellen der Funktionsstruktur Hauptfluss

Pkw-Dieselmotor

Kaffeemaschine

Apparat

Geraumlt

Maschine Apparat Geraumlt

Maschine

14

Quelle wwwreclinede wwwimtradexat

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Definition der Hauptfunktion

Hauptfunktion

Lichtquelle oder bdquoHeatballldquo

oder

Deshalb Funktionsdefinition als erster Schritt

17

Beschreibung einer Hauptfunktion

Quelle wwwheatballde

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Allgemein anwendbare Funktionen

19

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

6 Evtl weitere Nebenfunktionen-fluumlsse einfuumlhren

Aufstellen der Funktionsstruktur

25

Messenergie

Deckel

vereinzeln

Deckel

transportieren

Deckellage

sensieren

Geforderte

Deckellage

erzeugen

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

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

28

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Finden von Teilloumlsungen

Fuumlr jede Teilfunktion muss eine Teilloumlsung gefunden werden

29

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Funktion physik Effekt Prinziploumlsung

Prinziploumlsung physikal Effekte Teilfunktionen

30

Quelle PahlBeitz

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

34

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Diskursive Methoden phys Zusammenhang

Die effektivste Form der Loumlsungssuche fuumlr technische

Aufgabenstellung ist die Betrachtung der

physikalischen Zusammenhaumlnge

36

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

IT-Tool fuumlr die Konzeptentwicklung

41

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Identifizierung von potentiellen Effekten

42

Animation

Quelle DA Muumlser ikt 2011

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Einfluss von Katalogen Produktgliederung

60

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

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

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Schema eines Konstruktionskatalogs

63

Quelle Roth

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Katalog Reibsysteme

Quelle Roth

64

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

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

65

Loumlsungsfeld

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66

Lehrstuhl und Institut fuumlr Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen ndash Univ-Prof Dr-Ing Joumlrg Feldhusen

Ende der Bildschirmpraumlsentation

66