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Über dieses Buch

Das bewährte Lehr- und Handbuch für Studium und Praxis vermittelt die methodischen Grundlagen der Konstruktionslehre und ihre Anwendungen. Es wurde in der 4. Auflage aktualisiert und um neue Erkenntnisse - der Denkpsychologie - erweiterte Methoden zur Produktplanung - spezielle Methoden zur Qualitätssicherung - den neuesten Stand der CAD-Technik erweitert. Die in der 3.Auflage eingeführte neue Gliederung wurde beibehalten. Dieses in sechs Sprachen übersetzte Standardwerk hat seinen festen Platz bei Studenten und Konstrukteuren in der industriellen Praxis gefunden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung
Wesentliche Aufgabe eines Ingenieurs ist es, für technische Probleme mit Hilfe natur- und ingenieurwissenschaftlicher Erkenntnisse bei Berücksichtigung von stofflichen, technologischen, wirtschaftlichen, gesetzlichen sowie umwelt- und menschenbezogenen Bedingungen bzw. Einschränkungen Lösungen zu finden. Solche Lösungen sollen vorgegebene und/oder selbstgestellte Anforderungen (vgl. 2.1.7) in optimaler Weise erfüllen. Aus Problemen werden nach deren Klärung und Präzisierung häufig konkrete Teilaufgaben, die der Ingenieur bei der Realisierung technischer Produkte (Erzeugnisse) zu bearbeiten hat. Die gedankliche Realisierung obliegt dem Entwicklungsingenieur bzw. Konstruktionsingenieur, während für die stoffliche Realisierung der Fertigungsingenieur zuständig ist. Im folgenden wird nur vom Konstrukteur (synonym für Entwicklungs-und Konstruktionsingenieur, da beide Begriffe in der Industrie uneinheitlich verwendet werden) gesprochen. Er ist an der Lösungsfindung und Produktentwicklung in herausragender Weise und verantwortlicher Stelle beteiligt, da seine Ideen, Kenntnisse und Fähigkeiten in entscheidender Weise die technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Eigenschaften des Produkts beim Hersteller und Nutzer bestimmen.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

2. Grundlagen

Zusammenfassung
Konstruieren ist eine vielseitige und umfassende Tätigkeit. Grundlagen dazu sind eine Reihe von Disziplinen wie Mathematik, Physik mit ihren Teilgebieten Mechanik, Thermodynamik usw., aber auch Fertigungstechnik, Werkstoffkunde, Maschinenelemente, Betriebswirtschaftslehre und Informatik, die nicht Gegenstand dieses Buches sein sollen.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

3. Der Prozeß des Planens und Konstruierens

Zusammenfassung
In den vorangegangenen Kapiteln sind die Grundlagen dargestellt, auf die die konstruktive Arbeit Rücksicht nehmen muß und von denen sie Nutzen ziehen kann. Aus diesen Vorschlägen und Hinweisen wird ein für die Konstruktionspraxis branchenunabhängiges und allgemein anwendbares methodisches Vorgehen erarbeitet, das sich nicht nur auf eine Methode stützt, sondern bekannte oder noch darzustellende Methoden dort einsetzt, wo sie für die jeweilige Aufgabe und für den jeweiligen Arbeitsschritt angemessen und am wirksamsten sind.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

4. Allgemein einsetzbare Lösungs- und Beurteilungsmethoden

Zusammenfassung
Beim Planungs-, Entwicklungs- und Konstruktionsprozeß (vgl. 3.2) werden zahlreiche Arbeitsmethoden eingesetzt, die man in „allgemein einsetzbare“ und in „spezielle, problemorientierte”Methoden unterscheiden kann. Erstere sind nicht an eine bestimmte Konstruktionsphase oder Produktgruppe gebunden, sondern unterstützen jegliche Lösungssuche und -beurteilung. Letztere sind dagegen nur bei bestimmten spezielleren Zielen, Bedingungen oder Umständen einer Aufgabenstellung einsetzbar, z. B. zur Lösung von Festigkeitsproblemen oder zur Erkennung von Kosten.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

5. Methoden zur Produktplanung und Aufgabenklärung

Zusammenfassung
Entwicklungs- und Konstruktionsaufgaben ergeben sich zunächst aus direkten Kundenaufträgen, bei denen das anbietende Unternehmen den abnehmenden Kunden kennt. Dieses sog. Business-to-Business-Geschäft [29–31] ist typisch für den Spezialmaschinenbau, den Anlagenbau, aber auch für Zuliefer-Unternehmen. Bei solchen Aufträgen geht der Trend von einer Kundenorientierung zu einer Kundenintegration [29], was naturgemäß auch Auswirkungen auf die Entwicklung und Konstruktion hat [24].
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

6. Methoden zum Konzipieren

Zusammenfassung
Konzipieren ist der Teil des Konstruierens, der nach Klären der Aufgabenstellung durch Abstrahieren auf die wesentlichen Probleme, Aufstellen von Funktionsstrukturen und durch Suche nach geeigneten Wirkprinzipien und deren Kombination in einer Wirkstruktur die prinzipielle Lösung (Lösungsprinzip) festlegt. Das Konzipieren ist die prinzipielle Festlegung einer Lösung.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

7. Methoden zum Entwerfen

Zusammenfassung
Unter Entwerfen wird der Teil des Konstruierens verstanden, der für ein technisches Gebilde von der Wirkstruktur bzw. prinzipiellen Lösung ausgehend die Baustruktur nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten eindeutig und vollständig erarbeitet. Das Ergebnis des Entwerfens ist die gestalterische Festlegung einer Lösung (vgl. 3.2).
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

8. Methoden zum Ausarbeiten

Zusammenfassung
Unter Ausarbeiten wird der Teil des Konstruierens verstanden, der die Baustruktur eines technischen Gebildes durch endgültige Vorschriften für Form, Bemessung und Oberflächenbeschaffenheit aller Einzelteile, Festlegen aller Werkstoffe, Überprüfung der Herstellungs- und Gebrauchsmöglichkeiten sowie der endgültigen Kosten ergänzt und die verbindlichen zeichnerischen und sonstigen Unterlagen für seine stoffliche Verwirklichung und Nutzung schafft (vgl. 3.2). Das Ergebnis des Ausarbeitens ist die herstellungstechnische Festlegung der Lösung einschließlich der Zusammenstellung von Nutzungsangaben (Produktdokumentation).
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

9. Bewährte Lösungskomponenten

Zusammenfassung
Maschinenelemente, auch Konstruktionselemente genannt, werden als Komponenten in Produkten des Maschinen-, Apparate- und Gerätebaus vielseitig eingesetzt. Sie gehören deshalb zu den wichtigsten Lösungen des Konstrukteurs zur Erfüllung von Funktionen. Während speziell entwickelte Konstruktionsteile mit Hilfe ingenieurwissenschaftlicher Grundlagen und der in in diesem Buch behandelten Konstruktionsmethoden konzipiert und gestaltet werden, liegen für Maschinenelemente zumindest Wirkprinzipien und Wirkstrukturen bereits vor, in vielen Fällen sind sie sogar als handelsübliche oder genormte Komponenten unmittelbar einsetzbar. Bedingt durch die lange Entwicklung stehen heute eine Vielzahl unterschiedlicher Prinzipien und Bauformen zur Verfügung, die dem Konstrukteur die Auswahl einer für seinen Anwendungsfall geeigneten Lösung gestatten. Dieses Lösungsfeld und die erforderlichen Auslegungs- und Auswahlverfahren sind in einem umfangreichen Schrifttum [14], in Konstruktionskatalogen und in Datenbanken verfügbar. Es sollen deshalb im folgenden nur die wesentlichen Wirkzusammenhänge und strukturellen Merkmale der wichtigsten Maschinenelemente dargestellt werden, um die gemeinsamen Wirkprinzipien sowie wichtige strukturelle Merkmale als Kriterien zur Auslegung und zur Abschätzung ihrer Eigenschaften zu zeigen.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

10. Entwickeln von Baureihen und Baukästen

Zusammenfassung
Ein wesentliches Mittel zur Rationalisierung im Konstruktions- und Fertigungsbereich ist die Entwicklung von Baureihen [35].
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

11. Methoden zur qualitätssichernden Konstruktion

Zusammenfassung
Produktqualität wird heute umfassend definiert. Sie beinhaltet neben der geforderten Funktionserfüllung die Einhaltung der Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Gebrauchs- und Ergonomieeigenschaften, Recycling und Entsorgung [17] sowie Herstellungs- und Nutzungskosten (vgl. 2.1.8, Bild 2.17 und 7.2).
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

12. Kostenerkennung

Zusammenfassung
In allen Phasen des Konstruktionsprozesses spielt das hinreichend richtige und rechtzeitige Erkennen von Kosten eine bedeutende Rolle. Dies trifft sowohl beim Konzipieren als auch beim Entwerfen sowie beim Entwickeln von Baureihen und Baukästen zu. Es ist bekannt, daß der überwiegende Teil der Kosten durch das gewählte Lösungsprinzip und seine Gestaltung festgelegt wird und die nachfolgende Fertigung und Montage nur noch relativ wenig Spielraum zur Kostensenkung haben. Zur Kostenminimierung ist es daher zweckmäßig, in einem möglichst frühen Stadium des Konstruktionsprozesses mit einer kostenmäßigen Optimierung zu beginnen, da durch Wahl einer günstigen prinzipiellen Lösung die Produktkosten im allgemeinen stärker gesenkt werden können als durch reine Fertigungsmaßnahmen. Andererseits bedeuten konstruktive Änderungen erst im Stadium der Fertigung häufig hohe Änderungskosten. Eine Kostensenkung sollte also so früh, wie es der Erkenntnisstand zuläßt, beginnen. Unter Umständen bedeutet dies eine Verlängerung der Konstruktionszeit, was nach [18] oft kostengünstiger ist als nachträgliche Aktionen zur Kostenreduzierung.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

13. Rechnerunterstützung

Zusammenfassung
Die dargelegte Konstruktionslehre ist grundsätzlich auch ohne Rechnereinsatz anwendbar. Sie ist darüber hinaus Grundlage für eine Rechnerunterstützung des Entwicklungs- und Konstruktionsprozesses, die über die getrennte Bearbeitung von Berechnungsaufgaben oder das Anfertigen von Zeichnungen hinausgeht, d. h. den Rechnereinsatz in den Arbeitsablauf mehr oder weniger kontinuierlich integriert. Der Einsatz der Datenverarbeitung und Informationstechnik in der Konstruktion dient einer Produktverbesserung sowie zur Senkung des Konstruktionsund Fertigungsaufwands. Die mit dem Rechnereinsatz verbundene Arbeitstechnik des Konstruierens unter Nutzung entsprechender Geräte und Programme wird international als „Computer Aided Design“ (CAD) bezeichnet. Bei Einbindung bzw. Verknüpfung von Konstruktionsprogrammen mit DV-Systemen für andere technische Aufgaben spricht man von „Computer Aided Engineering“ (CAE), bei Einbindung in die Datenverarbeitung und -verwaltung eines gesamten Unternehmens von „Computer Integrated Manufacturing“ (CIM).
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

14. Übersicht und verwendete Begriffe

Zusammenfassung
Nach Darstellung der historischen Entwicklung und der Grundlagen sowie der allgemein einsetzbaren Lösungs- und Beurteilungsmethoden orientiert sich der Aufbau dieses Buches am Arbeitsfortschritt beim Konstruieren, der vom Planen des Produkts und Klären der Aufgabenstellung ausgeht und über das Konzipie­ren, Entwerfen und Ausarbeiten zu den Ausführungs- und Nutzungsunterlagen führt. Zur Verringerung des Aufwands führen die Entwicklung von Baureihen und Baukästen sowie der Rechnereinsatz.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

Backmatter

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