Skip to main content
main-content

Über dieses Buch

Das bewährte und international anerkannte Lehr- und Handbuch für Studium und Praxis vermittelt die methodischen Grundlagen der Konstruktionslehre als Voraussetzung einer erfolgreichen Produktentwicklung. Dieses bisher in acht Sprachen übersetzte Standardwerk hat seinen festen Platz bei Studenten sowie Entwicklern und Konstrukteuren in der Praxis gefunden. Die 6. Auflage

- ordnet und strafft die wissenschaftlichen Grundlagen,

- beschreibt mit praktischen Beispielen die Produktentwicklung,

- verweist auf neue Lösungsfelder auf den Gebieten der Faserverbundbauweisen, Mechatronik und Adaptronik,

- zeigt eine wirtschaftliche Realisierung durch Baureihen- und Baukastensysteme sowie eine vorausschauende Kostenbetrachtung,

- hilft eine Qualitätssicherung durch wenig aufwendige Maßnahmen zu unterstützen und

- integriert die EDV-Technik in das Vorgehen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung
Es ist die Aufgabe des Ingenieurs, für technische Probleme Lösungen zu finden. Er stützt sich dabei auf natur- und ingenieurwissenschaftliche Erkenntnisse und berücksichtigt stoffliche, technologische und wirtschaftliche Bedingungen sowie gesetzliche, umweit- und menschenbezogene Einschränkungen. Die Lösungen müssen vorgegebene und selbsterkannte Anforderungen erfüllen. Nach deren Klärung werden aus anfänglichen Problemen konkrete Teilaufgaben, die der Ingenieur im Prozess der Produktentstehung bearbeitet. Dies geschieht sowohl in Einzelarbeit als auch im Team, in dem interdisziplinäre Produktentwicklung geleistet wird. An der Lösungsfindung und Produktentwicklung ist der Konstrukteur, als Synonym für Entwicklungs- und Konstruktionsingenieur, an maßgeblicher und verantwortlicher Stelle tätig. Seine Ideen, Kenntnisse und Fähigkeiten bestimmen die technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Eigenschaften des Produkts beim Hersteller und Nutzer.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

2. Grundlagen

Zusammenfassung
Für eine Konstruktionslehre, die als Strategie für das Entwickeln von Lösungen aufzufassen ist, müssen Grundlagen der technischen Systeme und der Vorgehensweise sowie die wichtigsten Voraussetzungen zum Rechnereinsatz erläutert werden. Der Leser, der schon mit Methodik vertraut ist, und sogleich in den Produktentwicklungsprozess einsteigen möchte, kann sich schon Kap. 5 und folgenden zuwenden. Im Zweifel, und für den Anfänger ohnehin, sollte sich jedoch der Methodenanwender den Inhalt der Kap. 2 und 3 zu seinem sicheren Besitz machen. Erst dann ist es zweckmäßig, sich den einzelnen Empfehlungen für das Konstruieren zuzuwenden. Am Schluss des Buches sind die wichtigsten Begriffe erläutert, in welcher Bedeutung sie in diesem Zusammenhang benutzt werden.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

3. Methoden zur Produktplanung, Lösungssuche und Beurteilung

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die anzuwendenden Methoden im Sinne eines Methodenbaukastens vorgestellt. Eine Reihe von ihnen, besonders die Such- und Beurteilungsmethoden, lassen sich nämlich in verschiedenen Phasen des Konstruktionsprozesses gleichermaßen einsetzen. So kann z.B. eine Suchmethode, wie Brainstorming oder Galeriemethode, sowohl in der Phase der Produktplanung als auch beim Konzipieren bei der Suche nach dem Lösungsprinzip oder während des Entwurfsprozesses bei der Suche nach Lösungen für Nebenfunktionen hilfreich sein. Auch die Beurteilungsmethoden lassen sich in den verschiedenen Konstruktionsphasen verwenden. Der Unterschied liegt lediglich im Konkretisierungsgrad des jeweiligen angesprochenen Objekts.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

4. Der Produktentwicklungsprozess

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, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

5. Methodisches Klären und Präzisieren der Aufgabenstellung

Zusammenfassung
Entwicklungs-/Konstruktionsabteilungen erhalten ihre Aufgaben von anderen Unternehmensbereichen, dabei wird im allgemeinen die Aufgabenstellung an die Konstruktion oder an die Entwicklung in folgender Form heran getragen:
  • als Entwicklungsauftrag (extern oder intern durch die Produktplanung in Form eines Produktvorschlags),
  • als konkrete Bestellung eines Kunden,
  • als Anregung aufgrund von z.B. Verbesserungsvorschlägen und Kritik durch Verkauf, Versuch, Prüffeld, Montage oder aus dem benachbarten bzw. eigenen Konstruktionsbereich.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

6. Methodisches Konzipieren

Zusammenfassung
Konzipieren ist der Teil des Konstruierens, der nach dem 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, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

7. Methodisches 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. 4.2).
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

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. 4.2). Das Ergebnis des Ausarbeitens ist die herstellungstechnische Festlegung der Lösung einschließlich der Zusammenstellung von Nutzungsangaben (Produktdokumentation).
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

9. Lösungsfelder

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden Lösungsfelder angesprochen, die bei der Entwicklung eine bedeutsame Rolle spielen. Sie betreffen in erster Linie die bekannten Schlussarten bei Verbindungen in fester Lagezuordnung (9.1) und die bewährten Maschinenelemente (9.2) sowie die Charakteristiken von Antrieben und Steuerungen (9.3). Bei neuzeitlichen Lösungen werden aber neben dem klassischen Branchenwissen mehr und mehr die Integration von Mechanik, Elektronik und Software in Form von Mechatronik (9.5) und Adaptronik (9.6), letztere in Verbindung mit Verbundbauweisen (9.4), in den Vordergrund treten, um mit deren Hilfe neue Funktionen mit neuartigen Lösungen anbieten zu können. Der konventionelle Maschinenbau wird sich in den kommenden Jahren unter Nutzung solcher Lösungsfelder stark verändern und zu einer erweiterten Leistungsfähigkeit gelangen. Eine solche Entwicklung mag in manchen klassischen Anwendungsfeldern noch als utopisch oder als zu teuer angesehen werden, aber mit zunehmender Anwendung werden sich die Komponenten verbilligen und gebräuchlicher werden. Die heutige Kraftfahrzeugtechnik ist davon schon merklich geprägt und ihre Lösungen werden auf andere Gebiete des Maschinenbaus übergreifen oder sie beeinflussen.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

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, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

11. Methoden zur qualitätssichernden Produktentwicklung

Zusammenfassung
Produktqualität wird heute umfassend definiert. Sie beinhaltet neben der geforderten Funktionserfüllung die Einhaltung der Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Gebrauchs- und Ergonomieeigenschaften, Recycling und Entsorgung [4] sowie Herstellungs- und Nutzungskosten (vgl. 2.1.7, Abb. 2.15 und 7.2). Entscheidend ist die Erkenntnis, dass mangelnde Produktqualität sowohl aus Konstruktions- als auch aus Verfahrensmängeln resultieren kann.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

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 [17] oft kostengünstiger ist als nachträgliche Aktionen zur Kostenreduzierung.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

13. Rechnerunterstützung

Zusammenfassung
Für die Bearbeitung einzelner Konstruktionsaufgaben bzw. die Unterstützung entsprechender Konstruktionstätigkeiten sind eine Vielzahl von Einzelprogrammen und Programmsystemen verfügbar (Beispiele vgl. 13.2).
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

14. Übersicht und verwendete Begriffe

Zusammenfassung
Nach Darstellung der historischen Entwicklung und der Grundlagen sowie allgemein einsetzbarer Lösungs- und Beurteilungsmethoden orientiert sich dieses Buches am Produktentwicklungsprozess, der vom Klären der Aufgabenstellung ausgeht und über das Konzipieren, Entwerfen und Ausarbeiten zu den Ausführungs- und Nutzungsunterlagen mit integrierter Rechnerunterstützung führt. Wichtige und neuzeitliche Lösungsfelder geben prinzipielle Anregungen bei der Lösungssuche. Zur Verringerung des Entwicklungsaufwands dienen die Entwicklung von Baureihen und Baukästen. Methoden der Qualitätssicherung und zur Kostenerkennung helfen die Kundenzufriedenheit zu steigern und um auf dem Markt bestehen zu können.
Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote

Backmatter

Weitere Informationen