Pahl/Beitz Konstruktionslehre

Transkript

1 Pahl/Beitz Konstruktionslehre

2 Jörg Feldhusen Karl-Heinrich Grote Herausgeber Pahl/Beitz Konstruktionslehre Methoden und Anwendung erfolgreicher Produktentwicklung 8., vollständig überarbeitete Auflage 2013

3 Herausgeber Jörg Feldhusen Institut für Allg. Konstruktionstechnik RWTH Aachen Aachen Karl-Heinrich Grote Institut für Maschinenkonstruktion Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Vieweg Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Vieweg ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media

4 Vorwort zur 8. Auflage Der Pahl/Beitz hat sich über Jahrzehnte als Standardwerk im Studium und in der Praxis bewährt und etabliert und wurde in neun Sprachen übersetzt. Ashby bezeichnet das Buch als The Bible or perhaps more exactly the Old Testament of the technical design field, developing formal methods in the rigourous German tradition Ashby Dieser Vorteil der Konstanz und Langlebigkeit des Werkes birgt die Gefahr, sich in das Gegenteil zu wandeln, wenn Neuerungen nicht berücksichtigt werden. Es ging niemals darum, kurzlebige Trends zu beschreiben und zu behandeln, vielmehr standen immer in der Praxis bewährte Methoden im Fokus. Die Grundlagen der Konstruktionstechnik wurden von Gerhard Pahl und Wolfgang Beitz Anfang der 1970er Jahre in einer Veröffentlichungsreihe in der Zeitschrift Konstruktion gelegt. Viele Werkzeuge für den Entwicklungs- und Konstruktionsprozess, die heute selbstverständlich genutzt werden, steckten noch in den Kinderschuhen oder waren noch gar nicht erfunden. Gleiches gilt in ähnlicher Weise für die Aufgaben und Fragestellungen, die Ingenieurinnen und Ingenieure heute bearbeiten und lösen müssen. Sowohl Gerhard Pahl als auch Wolfgang Beitz haben immer neue, in der Praxis bewährte Erkenntnisse in das Werk aufgenommen. Gleiches gilt für die Nachfolge-Mitautoren Jörg Feldhusen und Karl-Heinrich Grote, die allerdings erkannten, dass nach fast 40 Jahren das bis dahin tragfähige Konzept einer grundlegenden Neuerung bedurfte: Neue Aufgaben im Entwicklungs- und Konstruktionsprozess und neue Werkzeuge zur Aufgabenbearbeitung haben die Konstruktionstätigkeit in der Praxis in den letzten Jahrzehnten stark verändert und müssen auch in der Lehre berücksichtigt werden. Gleichzeitig ist das erforderliche Wissen für eine erfolgreiche Konstruktionstätigkeit so stark angewachsen, dass viele Fragestellungen nur von Spezialisten auf ihrem Gebiet bearbeitet werden können. Aus diesem Grund haben sich die Autoren dazu entschlossen, für die 8. Auflage die Rolle von Herausgebern zu übernehmen. Ein Teil der Inhalte der vorliegenden Auflage ist von den Herausgebern bearbeitet worden. Für viele Abschnitte der 8. Auflage des Pahl/Beitz konnten zusätzlich herausragende Fachleute sowohl von anderen Hochschulen, aber insbesondere auch aus der Industrie gewonnen werden. V

5 VI Vorwort zur 8. Auflage So wird es nach Meinung der Herausgeber gelingen, den Stand der Technik bei der Entwicklung und Konstruktion sowohl aus theoretischer, aber eben auch aus praktischer Sicht darzustellen. Und schließlich: Wie im Ingenieurbereich, so sind auch für die 8. Auflage des Pahl/Beitz immer Verbesserungsmöglichkeiten vorhanden; dies umso mehr aufgrund der vollkommenen Umstellung des Buches. In diesem Sinne sind wir, wie auch die weiteren Autoren der vorliegenden Auflage, für Anregungen dankbar. Sicher wird der Pahl/Beitz die Studierenden und die in der Praxis tätigen Ingenieurinnen und Ingenieure dabei unterstützen, ihre Aufgaben besser zu lösen. Aachen, im Februar 2013 Magdeburg, im Februar 2013 J. Feldhusen K.-H. Grote

6 Danksagung Die Herausgeber danken den Kolleginnen und Kollegen aus der Industrie und den Hochschulen für das große Engagement, mit dem die jeweiligen Buchabschnitte bearbeitet wurden. Ohne diese Beiträge wäre es nicht möglich gewesen, die 8. Auflage des Pahl/Beitz auf einen so aktuellen und inhaltlich umfangreichen Stand zu bringen. Besonderer Dank gilt auch den Herren Dr.-Ing. Nagarajah und Dr.-Ing. Schubert. In geduldiger und unermüdlicher Kleinarbeit haben sie viele Feinarbeiten erledigt und waren kompetenter Diskussionspartner bei inhaltlichen Fragen. VII

7 Inhaltsverzeichnis Teil I Der Produktentstehungsprozess (PEP) 1 Einleitung Der Produktentstehungsprozess (PEP) Die PEP-begleitenden Prozesse Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote, Detlef Kochan, Christiane Beyer, Sándor Vajna, Gamal Lashin, Florian Kauf, Heinz Gaub, Mario Schacht und Patrick Erk 4 Technische Systeme Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote, Jan Göpfert und Gerhard Tretow Teil II Lösungsfindung 5 Einleitung Vorgehen bei einzelnen Schritten des Produktentstehungsprozesses Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote, Arun Nagarajah, Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz und Sandro Wartzack 7 Hilfsmittel für die Entwicklung und Konstruktion Gamal Lashin, Teil III Produktgestaltung 8 Einleitung IX

8 X Inhaltsverzeichnis 9 Die Hauptarbeitsschritte des Gestaltungsprozesses Methodik des schrittweisen Gestaltens Grundregeln der Gestaltung Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote und Alfred Neudörfer 12 Gestaltungsprinzipien Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, 13 Gestaltungsrichtlinien Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote, Jörg Heusel, Thomas Bronnhuber, Werner Hufenbach, Olaf Helms, Christopher Schlick, Fritz Klocke, Klaus Dilger und Rainer Müller 14 Qualitätssicherung in der Produktentwicklung und Konstruktion Teil IV Ansätze zur Rationalisierung in Entwicklung und Konstruktion 15 Einleitung Grundsätzliche Überlegungen zur Rationalisierung Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote und Jörg Thon 17 Produktarten zur Rationalisierung des Entwicklungs- und Konstruktionsprozesses Thomas Vietor und Carsten Stechert Sachverzeichnis

9 Autorenverzeichnis Wolfgang Beitz, Technische Universität Berlin, Berlin, Christiane Beyer, Associate Professor am Mechanical and Aerospace Engineering Department, California State University, Long Beach, 1250 Bellflower Boulevard, CA , Long Beach, USA Thomas Bronnhuber, TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG, Johann-Maus- Straße 2, Ditzingen, thomas.bronnhuber@de.trumpf.com Klaus Dilger, Institut für Füge- und Schweißtechnik, Technische Universität Braunschweig, Langer Kamp 8, Braunschweig, k.dilger@tu-braunschweig.de Patrick Erk, Grünecker Kinkeldey Stockmair & Schwanhäusser, Kurfürstendamm 38/39, Berlin, erk@grunecker.de Jörg Feldhusen, Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Steinbachstraße 54 B, Aachen, feldhusen@ikt.rwth-aachen.de Heinz Gaub, Mitglied der Geschäftsleitung (bis 2011), DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Am DIN-Platz, Burggrafenstraße 6, Berlin, gaub@alum.mit.edu Jan Göpfert, ID-Consult GmbH, Irmgardstraße 1, München, jan.goepfert@id-consult.com Karl-Heinrich Grote, Institut für Maschinenkonstruktion, Lehrstuhl Konstruktionstechnik, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Postfach 4120, Magdeburg, karl.grote@ovgu.de XI

10 XII Autorenverzeichnis Olaf Helms, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Technische Universität Dresden, Holbeinstraße 3, Dresden, Jörg Heusel, TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG, Johann-Maus-Straße 2, Ditzingen, joerg.heusel@de.trumpf.com Werner Hufenbach, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Technische Universität Dresden, Holbeinstraße 3, Dresden, ilk@ilk.mw.tu-dresden.de Florian Kauf, Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft, Beethovenstraße 1, Aalen, florian.kauf@htw-aalen.de Fritz Klocke, Werkzeugmaschinenlabor, Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Steinbachstraße 19, Aachen, f.klocke@wzl.rwth-aachen.de Detlef Kochan, Zentrum für Angewandte Forschung und Technologie e.v., Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden, Friedrich-List-Platz 1, Dresden, detlef.kochan@zaft.htw-dresden.de Gamal Lashin, Vaillant Group, Berghauser Straße 63, Remscheid, gamal.lashin@vaillant.de Rainer Müller, ZeMA Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik gemeinnützige GmbH, Gewerbepark Eschberger Weg, Gebäude 9, Saarbrücken, rainer.mueller@mechatronikzentrum.de Arun Nagarajah, Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Steinbachstraße 54 B, Aachen, nagarajah@ikt.rwth-aachen.de Alfred Neudörfer, Akademischer Direktor a. D., Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren, Technische Universität Darmstadt, Magdalenenstraße 2, Darmstadt, a.neudoerfer@gmx.de Gerhard Pahl, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt, Mario Schacht, Geschäftsführer, Beuth Verlag, DIN Software GmbH, Am DIN-Platz, Burggrafenstraße 6, Berlin, mario.schacht@din.de

11 Autorenverzeichnis XIII Christopher Schlick, Institut für Arbeitswissenschaft, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Bergdriesch 27, Aachen, Carsten Stechert, Institut für Konstruktionstechnik (IK), Technische Universität Braunschweig, Langer Kamp 8, Braunschweig, Jörg Thon, Stryker Trauma GmbH, Professor-Küntscher-Straße 1, Schönkirchen, Gerhard Tretow, ID-Consult GmbH, Irmgardstraße 1, München, Sándor Vajna, Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik, Institut für Maschinenkonstruktion, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Postfach 4120, Magdeburg, Thomas Vietor, Institut für Konstruktionstechnik (IK), Technische Universität Braunschweig, Langer Kamp 8, Braunschweig, Sandro Wartzack, Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (KTmfk), Friedrich-Alexander- Universität Erlangen-Nürnberg, Martensstraße 9, Erlangen,