Lightweight Product Development (PDlight) - Entwicklung einer Methode zum funktions- und massegerechten Konstruieren

Leichtbau wird im weltweiten Wettbewerb ein immer wichtigerer Faktor für den Erfolg vieler Produkte. Durch die Reduzierung der Masse eines Produkts können der Energieverbrauch und die Emissionen, wie z. B. CO₂-Emissionen, reduziert werden. Auch statische und dynamische Produkteigenschaften, wie z. B. Beschleunigungszeiten von Fahrzeugen, können verbessert werden. Die Optimierung der Masse kann außerdem wirkende Kräfte und Momente und damit z. B. die Belastung von Produktnutzern reduzieren.

Im Stand der Forschung wird leichtbaugerechtes Konstruieren nicht von den ersten Phasen des Produktentwicklungsprozesses an methodisch unterstützt. Die Literatur präsentiert eine Vielzahl an Leichtbauansätzen und -strategien, wie z. B. Bedingungs-, System-, Material-, Konzept-, Form-, Berechnungs- oder Fertigungsleichtbau. Aber es wird keine methodische Unterstützung des Konstrukteurs in der Auswahl und der Anwendung der passenden Leichtbaustrategie, der Entwicklung von Massenzielen oder der ganzheitlichen Betrachtung des funktions- und massegerechten Konstruierens unter Berücksichtigung der Masse, der Massenverteilung und des Trägheitsmoments beschrieben.

Dies führt zu:

• Iterationen, die extra Kosten und Zeitaufwand verursachen, um die Masse des Produkts zu reduzieren,
• der Tatsache, dass nicht das gesamte Leichtbaupotenzial ausgenutzt wird
• und dadurch die Wettbewerbsfähigkeit des Produkts und damit des Unternehmens sinkt.

Das Ziel ist es eine Methode zu entwickeln, die den Konstrukteur beim Planen, Konzipieren und Entwerfen funktions-, massen- und damit leichtbaugerechter Produkte unterstützt. Um dies zu erreichen, muss die Methode folgende Punkte adressieren:

• Entwicklung von Massenzielen in Abhängigkeit der Wichtigkeit der Funktionen, die erfüllt werden sollen
• ganzheitliche Betrachtung des Kriteriums Masse unter Berücksichtigung der Masse, der Massenverteilung und des Trägheitsmoments
• Auswahl der passenden Leichtbaustrategie
• Entwicklung von Leichtbaulösungen

In den ersten Schritten des Projekts wurden die bestehenden Strategien und Methoden, die im Leichtbau Anwendung finden, umfassend analysiert. Basierend auf dieser Analyse wurden Lücken identifiziert und erste Ideen für das Schließen dieser Lücken konzipiert. Dabei sind bereits erste Methoden und Vorgehensweisen entworfen worden. Aktuell werden diese Konzepte weiter ausgearbeitet. Diese Vorgehensweisen und Methoden werden weiterentwickelt und in eine Gesamtvorgehensweise eingearbeitet. Um die Anforderungen aus Industrie und Wissenschaft erfüllen zu können, müssen die Methoden und Vorgehensweisen evaluiert werden.

Beim bisherigen Vorgehen wurden unter anderen folgende Punkte erarbeitet:

• Es wurde untersucht, in welchen Phasen des Produktentwicklungsprozesses welche Leichtbaustrategien angewendet werden können.
• Um eine Methode systematisch zu entwickeln, wurden zunächst die Anforderungen, die an sie gestellt werden erarbeitet.
• Anhand der Anforderungen wurden die Methoden des Stands der Technik bewertet. Es zeigte sich, dass unter anderen die Wertanalyse die Basis für eine Weiterentwicklung sein kann.
• Nähere Untersuchungen führten dazu, dass die Wertanalyse durch Transfer auf die Anwendung auf Masse statt auf Kosten und unter Berücksichtigung von Massenverteilung und Trägheitsmoment erweitert werden kann.
• Durch die Weiterentwicklung der Wertanalyse wurde ein erstes Rahmenwerk für eine Methode zur Massenzielsetzung, Funktions- und Massenoptimierungspotenzialanalyse entwickelt. Ein wesentlicher Vorteil der Methode ist die Ausrichtung an Kundenwünschen.
• Einer der wesentlichen Ansätze ist, dass für die Realisierung einer Funktion in einem Produkt, immer die Funktion, deren Wichtigkeit aus Kundensicht und die Masse, die für deren Erfüllung notwendig ist, berücksichtigt werden müssen. Aus dieser Annahme können Handlungsempfehlungen abgeleitet werden.
• Neben der Erarbeitung von Optimierungspotenzialen und der Ableitung von Handlungsempfehlungen, soll jedoch auch die Lösungsfindung unterstützt werden. Das IKTD hat dafür das Contact & Channel - Model für die Unterstützung der Entwicklung von Leichtbaulösungen weiterentwickelt.

Wir sind auf der Suche nach Kooperationen mit Industrieunternehmen zur Erprobung und Weiterentwicklung unserer Arbeiten. Wenn Sie Interesse an einer Kooperation haben, würden wir uns freuen, wenn Sie uns eine Anfrage an den unten aufgeführten Ansprechpartner senden.

Wir bedanken uns bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die Finanzierung der Grundlagenforschung im Forschungsprojekt "Entwicklung einer Methode zum funktions- und massegerechten Konstruieren".