Technische Produktgestaltung (TPG)5 ECTS
(Prüfungsordnungsmodul: Wahlpflichtmodule)

Lehrveranstaltungen:

• • Technische Produktgestaltung
    (Vorlesung mit Übung, 4 SWS, Sandro Wartzack et al., Di, 16:15 - 17:45, H1 Egerlandstr.3, (außer Di 8.4.2014); Fr, 14:15 - 15:45, H9; ab 25.4.2014)

Inhalt:

• Einführung in die Technische Produktgestaltung

• Baustrukturen technischer Produkte

• Fertigungsgerechte Werkstückgestaltung

• toleranzgerechtes Konstruieren

• kostengerechtes Konstruieren

• beanspruchungsgerechtes Konstruieren

• werkstoffgerechtes Konstruieren

• Leichtbau

• umweltgerechtes Konstruieren

• nutzerzentrierte Produktgestaltung
  

Lernziele und Kompetenzen:

Fachkompetenz

Wissen

Im Rahmen von TPG werden den Studierenden Kenntnisse zur Berücksichtigung verschiedener Aspekte des Design-for-X bei der Produktentwicklung vermittelt. Wesentliche Lehrinhalte der Vorlesung sind ebenfalls Theorie und Anwendung der jeweiligen Gestaltungsrichtlinien und zugehöriger Methoden. Darüber hinaus werden die Fachkompetenzen in Übungen angewandt und weiter vertieft. Im Einzelnen werden folgende Fachkompetenzen vermittelt:

• Erkenntnis zur Bedeutung des Design-for-X und insbesondere des fertigungsgerechten Konstruierens im Produktentwicklungsprozess.

• Verständnis über Fertigung und Montage und daraus abgeleitet über spezifische Gestaltungsrichtlinien, die im Rahmen der Konstruktion zu berücksichtigen sind, hierzu: Wissen über spezifische Gestaltungsrichtlinien der Fertigungsverfahren des „Urformens“ (Gießen, Pulvermetallurgie, Additive Fertigung etc.) sowie die Anwendung des Gelernten im Rahmen von Übungsaufgaben; Wissen über spezifische Gestaltungsrichtlinien der Fertigungsverfahren des „Umformens“ (Schmieden, Walzen, Biegen, Scheiden, Tiefziehen, Stanzen, Fließpressen etc.) sowie die Anwendung des Gelernten im Rahmen von Übungsaufgaben; Wissen über spezifische Gestaltungsrichtlinien der Fertigungsverfahren des „Trennens“ (Zerteilen, Drehen, Fräsen, Bohren, Schleifen, Erodieren etc.) sowie die Anwendung des Gelernten im Rahmen von Übungsaufgaben; Wissen über spezifische Gestaltungsrichtlinien der Fertigungsverfahren des „Fügens“ (Schweißen, Löten, Nieten, Durchsetzfügen, Kleben, Fügen durch Urformen etc.) sowie die Anwendung des gelernten im Rahmen von Übungsaufgaben; Wissen über spezifische Gestaltungsrichtlinien der Fertigungsverfahren des „Beschichtens und Stoffeigenschaften ändern“ (Schmelztauchen, Lackieren, Thermisches Spritzen, Physical Vapour Deposition, Chemical Vapour Deposition, Galvanische Verfahren, Pulverbeschichten, Vergüten, Glühen etc.); Wissen über spezifische Gestaltungsrichtlinien des „Montagegerechten Konstruierens“ bzgl. der Baustruktur technischer Produkte (Integral-, Differential und Verbundbauweise, Produktstrukturierung, Variantenmanagement, Modularisierung, etc.) und des Montageprozesses (Gestaltung der Fügeteile und Fügestellen, Automatisches Handhaben und Speichern, Toleranzausgleich, DFMA, etc.) sowie die Anwendung des Gelernten im Rahmen von Übungsaufgaben

• Verständnis über die Spezifikation von Toleranzen, Passungen und Oberflächen in Technischen Zeichnungen unter Berücksichtigung deren Auswirkungen auf Fertigung, Montage und den Betrieb des Produktes, hierzu: Verständnis der Vorgehensweise zur Toleranzspezifikation sowie erforderlicher Grundlagen zur Tolerierung von Bauteilen (Allgemeintoleranzen, wirkliche und abgeleitete Geometrieelemente, Hüllbedingung, Unabhängigkeitsprinzip, Inklusion verschiedener Toleranzarten, Bezugssysteme und Ausrichtungskonzepte, statistische Toleranzanalyse, etc.) sowie die Anwendung des Gelernten im Rahmen von Übungsaufgaben

• Wissen über die Umsetzung des Leichtbaus und daraus abgeleitet über spezifische Gestaltungsrichtlinien, die im Rahmen des Leichtbaus zu berücksichtigen sind, hierzu: Beanspruchungsgerechtes Konstruieren (Kraftfluss, Prinzip der konstanten Gestaltfestigkeit, Kerbwirkung, Prinzip der abgestimmten Verformung, Prinzip des Kräfteausgleichs, etc.) sowie die Anwendung des Gelernten im Rahmen von Übungsaufgaben; Werkstoffgerechtes Konturieren (Anforderungs- und Eigenschaftsprofil, wirtschaftliche Werkstoffauswahl, Auswirkung der Werkstoffwahl auf Fertigung, Lebensdauer und Gewicht, etc.) sowie die Anwendung des Gelernten im Rahmen von Übungsaufgaben; Leichtbau (Konzept-, Werkstoff-, Form- und Fertigungsleichtbau) sowie die Anwendung des Gelernten im Rahmen von Übungsaufgaben

• Wissen über die Auswirkungen eines Produktes (und insbesondere der vorhergehenden Konstruktion) auf Umwelt, Kosten und den Nutzer, hierzu: Umweltgerechtes Konstruieren (Recycling, Einflussmöglichkeiten in der Produktentwicklung, Strategien zur Berücksichtigung von Umweltaspekten, Life Cycle Assessment, Produktinstandsetzung, Design for Recycling etc.); Kostengerechtes Konturieren (Beeinflussung der Lebenslauf-, Herstell- und Selbstkosten in der Produktentwicklung, Auswirkungen der Stückzahl und der Fertigungsverfahren, Entwicklungsbegleitende Kalkulation etc.) sowie die Anwendung des Gelernten im Rahmen von Übungsaufgaben; Menschzentrierte Produktentwicklung (Anthropometrie, Nutzerintegration in der Produktentwicklung, Mensch-Maschine-Schnittstellen, Beeinträchtigungen im Alter, Universal Design, Gestaltungsrichtlinien nach dem SENSI-Regelkatalog, etc.)

Analysieren

Im Rahmen der TPG Übungen analysieren die Studierenden bestehende Konstruktionen bezüglich der Einhaltung und Umsetzung spezifischer Gestaltungsrichtlinien und klassifizieren bzw. strukturieren diese geeignet. Weiterhin erfolgt die Analyse der Tolerierung einer Baugruppe bzgl. ihrer Auswirkungen auf die Fertigung, Montage und den Betrieb. Diese Tätigkeiten erfolgen in Gruppendiskussionen.

Erschaffen

Im Rahmen der TPG Übungen werden bestehende Entwürfe und Konstruktionen durch den Studenten entsprechend der vermittelten Gestaltungsrichtlinien optimiert und neue Konstruktionen unter Einhaltung dieser Gestaltungsrichtlinien erschaffen. Hierbei werden insbesondere die folgenden gestalterischen Tätigkeiten durchgeführt:

• Erstellung der fertigungsgerechten und montagegerechten Tolerierung von Bauteilen. Dies umschließt folgende Tätigkeiten: Bestimmen der zugrundeliegenden Bezugssysteme und Ausrichtungskonzepte; Bestimmen des Tolerierungsgrundsatzes. Integration von, durch Normen definierte Toleranz- und Passungsvorgaben in bestehende Tolerierungen; Zusammenfassen kombinierbarer Form- und Lagetoleranzen zu Zeichnungsvereinfachung; Festlegung der Größen der Toleranzzonen aller vergebenen Toleranzen.

• Optimierung der Tolerierung anhand der statistischen Toleranzanalyse. Dies umschließt folgende Tätigkeiten: Erkennen und Ableiten der analytischen Schließmaßgleichungen; Definition der zugrundeliegenden Toleranzwerten und zugehörigen Wahrscheinlichkeitsverteilungen; Berechnung der resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Schließmaße; analytische Bestimmung der statistischen Beitragsleister mittels lokaler Sensitivitätsanalysen; Beurteilung der Ergebnisse und ggf. anschließende Anpassung der Tolerierung der Bauteile; Transfer der Ergebnisse auf zeitabhängige Mechanismen (kinematische Systeme).

• Änderung der Gestaltung von Bauteilen, bedingt durch die Änderung der zu fertigenden Stückzahl der Baugruppe. Dies umschließt die folgenden Tätigkeiten: Bestimmung des konstruktiven Handlungsbedarfs; Anpassung der Gestaltung der Bauteile – insbesondere hinsichtlich der fertigungsgerechten und der montagegerechten Gestaltung. Gestaltung der erforderlichen Werkzeuge zur Fertigung der Bauteile und Bewertung dieser bzgl. der resultierenden Kosten.

Lern- bzw. Methodenkompetenz

Befähigung zur selbständigen Anwendung von Vorgehensweisen und Richtlinien zur Gestaltung von Produkten und Prozessen unter verschiedensten Design-for-X-Aspekten sowie zur objektiven Evaluierung bestehender Produkte und Prozesse hinsichtlich gestellter Anforderungen des Design-for-X.

Selbstkompetenz

Befähigung zur selbständigen Arbeitseinteilung und Einhaltung von Meilensteinen. Objektive Beurteilung sowie Reflexion der eigenen Stärken und Schwächen sowohl in fachlicher (u. a. Umsetzung der gelehrten Richtlinien des Design-for-X in der Konstruktion) als auch in sozialer Hinsicht (u. a. Erarbeitung von Lösungen und Kompromissen im interdisziplinären Team).

Sozialkompetenz

Die Studierenden organisieren selbstständig die Bearbeitung der Übungsaufgaben in kleinen Gruppen und erarbeiten gemeinsam Lösungsvorschläge für die gestellten Übungsaufgaben. In der gemeinsamen Diskussion erarbeitender Lösungen geben Kommilitonen wertschätzendes Feedback.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Maschinenbau (Master of Science): 1. Semester
   (Po-Vers. 2013 | Studienrichtung International Production Engineering and Management | Masterprüfung | Wahlpflichtmodule)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Technische Produktgestaltung (Prüfungsnummer: 71101)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 120, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: SS 2014, 1. Wdh.: WS 2014/2015

1. Prüfer:

Sandro Wartzack