Konstruktion
Haben Sie auch schon oft bewundert, was gute Konstrukteure leisten? Schließlich stellen technische Entwürfe die Grundlage für die Welt, wie wir sie heute kennen, dar. Sie möchten mehr über dieses Thema erfahren? In diesem Artikel beschäftigen wir uns mit Aufbau und Wesen der technischen Konstruktion. Lesen Sie einfach weiter!
Was bedeutet der Begriff Konstruktion?
Konstruktion bzw. konstruieren (lateinisch construere = „zusammen mit“ & „bauen“) bedeutet, einen Entwurf eines technischen Gerätes, Apparates, einer Anlage oder Maschine mit Hilfe von technischen Konstruktionszeichnungen, Montageanleitungen, Skizzen etc. so auszuarbeiten und darzulegen, dass seine industrielle Fertigung ermöglicht wird. Ausführende sind in der Regel Ingenieure bzw. Personen mit technischer Ausbildung.
Welche Schritte umfasst eine Konstruktion?
Dem eigentlichen Konstruieren ist stets ein Entwicklungsprozess (FE-Vorentwicklung) vorgeschaltet, dessen Zielsetzung darin besteht, die ordnungsgemäße Funktionsweise des Gerätes durch mechanische und elektrische Prüfroutinen sowie durch Anwendung von Funktionsmustern und Prototypen zu erproben. Auf die Konstruktion folgt schließlich die Fertigung, welcher prozessintern die Auftrags- bzw. Arbeitsvorbereitung (AV) als eigenständiger Prozess vorgelagert ist. Allerdings verliert die klassische Trennung von konstruktions- und fertigungsbezogenen Tätigkeiten in der heutigen industriellen Welt mehr und mehr an Bedeutung, beide Bereiche werden heute in der sogenannten Produktentwicklung (PE) zusammengefasst, welche von der reinen Idee bis zur Markteinführung des fertigen Produktes alle Phasen abdeckt.
Von wesentlicher Bedeutung beim Konstruktionsprozess ist stets eine aussagekräftige und durch Berechnungen, Statistiken und experimentelle Ergebnisse untermauerte Dokumentation. Diese hat sämtliche Unterlagen der Fertigung (Produktzeichnungen, Baugruppen- & Einzelteilskizzen einschließlich Bearbeitungs-, Toleranz- und Maßangaben) sowie Angaben zu den Bezugsquellen der verwendeten Materialien und sonstigen Handelsteile zu enthalten.
Zur Beachtung:
Die Bezeichnung Konstruktion wird in der Technik nicht nur für konstruierende Tätigkeiten in der Fertigung, sondern auch
für konstruktionsbedingte technische Produkteigenschaften, im Rahmen des Konstruktionsprozesses geschaffene Unterlagen
sowie die Konstruktionsabteilungen technischer Unternehmenseinheiten verwendet. Ferner hat es sich eingebürgert, das bezughabende Studienfach ebenfalls als Konstruktion zu bezeichnen.
Geschichte der Konstruktion und konstruierender Vorgänge
Ebenso wie die Entwicklung der Technik im allgemeinen, war während der letzten zwei Jahrhunderte auch die Art und Weise des Konstruierens einem Wandel unterworfen. Erfolgte die Herstellung von Produkten Anfang des 19. Jahrhunderts weitgehend noch ohne Bereitstellung von Konstruktionsunterlagen – Zentrum der geistigen und operativen Wertschöpfung war die Werkstatt – so entstanden bereits im ausgehenden 19. Jahrhundert die ersten Konstruktionsbüros, in denen ideelle und konzeptionelle Arbeit geleistet wurde und bereits erste Fertigungsunterlagen in heutigem Sinn entstanden. Um den Wildwuchs bei konstruierenden Tätigkeiten einzudämmen, begann man um 1900 mit der Normierung verwendeter Bauteile. Auf diese Weise konnten Komponenten beliebig ausgetauscht werden, was zur Folge hatte, dass man nicht mehr für jedes Teil einen eigenen Satz an Werkzeugen benötigte. Die aus diesem Prozess hervorgegangene Deutsche Industrie Norm (DIN) umfasst heute ca. 30.000 Normen.
Um 1925 wurde damit begonnen, an konstruierende Vorgänge mit einer systematischen Vorgehensweise heranzugehen, was diesbezügliche Verfahren für jede technisch kompetente Person nachvollziehbar machte. Ingenieure wie Konrad Zuse setzten für ihre Berechnungen die ersten computergestützten Systeme ein, was durch fortlaufende Weiterentwicklung und technische Anpassungsprozesse schließlich zu jenen CAD-Systemen (CAD = Computer Aided Design) führte, die wir heute kennen. Dessen ungeachtet hat sich die Fertigungsphilosophie bis zum heutigen Tag grundlegend gewandelt, Produkte und technische Innovationen werden heute über ihren kompletten Lebenszyklus hinweg konstruktionstechnisch betreut. Die Zukunft von Konstruktion und Fertigung liegt im Einsatz von Visualisierungstechniken, wodurch die experimentelle Periode innerhalb der Produktentwicklung eine wesentliche Verkürzung erfährt.
Qualifizierte Konstrukteure – elementare Säulen der Umsetzung von Konstruktionsvorhaben
Die Bezeichnung „Konstrukteur“ ist in Deutschland als Berufsbezeichnung nicht geschützt, auf dem Gebiet arbeiten in der Regel Ingenieure und Techniker, welche über eine ihrem Fachgebiet entsprechende Ausbildung und Praxis verfügen. Ihre Tätigkeit üben sie in Konstruktionsabteilungen großer Unternehmen oder in Planungs- bzw. Ingenieursbüros aus. Häufig kann eine Zusammenarbeit zwischen Konstrukteuren, technischen Zeichnern und Produktdesignern beobachtet werden – schließlich ist das Design eines Produktes neben dessen Funktionalität von entscheidender Bedeutung. Dabei entsteht heute Jene bildgebende Darstellung der Konstruktion, die früher meist am Reißbrett erfolgte, mit Hilfe von CAD-unterstützten Systemen am Computer.
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Neben der Schaffung von Konstruktionen und Konstruktionszeichnungen zählt das Auslegen der Bauteile, Evaluierungsarbeiten an technischen Zeichnungen sowie die Festlegung von Toleranzen und deren Ketten samt der Auswahl der Werkstoffe zum Pflichtenkreis eines Konstrukteurs. Dessen Arbeit beginnt bei der Idee und führt sodann zu einem konkreten Entwurf, der mit fortschreitender Tätigkeit immer weiter verfeinert wird. Als Endergebnis liegt dann eine technische Zeichnung einschließlich Bauskizze und Stückliste vor, welche sämtliche für die Produktentwicklung bzw. Fertigung erforderlichen Bearbeitungs-, Material-, Toleranz- und Maßangaben enthält. Bei der Erstellung dieser Unterlagen wird neben exakten Prüf- und Rechenverfahren oft auch auf intuitive oder grafische Vorgehensweisen zurückgegriffen.
Rechnerunterstütztes konstruieren
Das rechnerunterstützte Konstruieren wird im allgemeinen Sprachgebrauch als CAD (CAD = Computer Aided Design) bezeichnet. CAD stellt einen Sammelbegriff für sämtliche Aktivitäten dar, bei denen die IT in direkter oder indirekter Form für Konstruktions- und Entwicklungstätigkeiten eingesetzt wird. Derartige rechnergestützte Konstruktionsvorgänge stellen heute die Grundlage der virtuellen Produktentwicklung dar. Durch den Einsatz moderner CAD/CAM-Systeme (CAM = Computer Aided Manufacturing) können digitalisierte Konstruktionen von hoher Präzision realisiert werden. Die einzelnen Produktionsteile entstehen dabei nicht mehr als technische Zeichnungen in Papierform, sondern als geometrische und technologische Daten auf dem Bildschirm. Einhergehend mit diesem Gestaltungsprozess werden auch Stücklisten und technische Dokumentationen erzeugt.
Rechnerunterstütztes Konstruieren bedingt stets eine prozessorientierte Arbeitsweise, sodass in der industriellen Praxis Prozessketten mit digitalen Prozessbeschreibungen zum Einsatz kommen. Letzter Stand der Technik sind Produktmodelle in 3D, welche alle Phasen des virtuellen Gestaltungsprozesses abdecken können. Zur Unterstützung des gesamten Produktprozesses werden zudem sogenannte Produktdatenmanagement Systeme immer wichtiger. Sie enthalten sämtliche für die Produktentwicklung relevanten Funktionen und verfügen darüber hinaus über alle Speicher- und Verwaltungsfunktionen die benötigt werden, um einen automationsunterstützten Informations- und Arbeitsfluss im Unternehmen herzustellen. Moderne CAD/CAM-Systeme werden laufend weiterentwickelt und permanenten Praxistests unterzogen.
Fazit
Die Konstruktion stellt die Grundlage jeglicher technischer Entwicklung dar und ist dem Fertigungsprozess vorgelagert. Mit Konstruktionen beauftragte Personen verfügen stets über eine technische Ausbildung (z.B. Ingenieur), Hilfsmittel der Konstrukteure sind Konstruktionszeichnungen, Montageanleitungen und Skizzen. Ist die Konstruktionsphase vollendet, erfolgt die Fertigung des Produkts, die beiden Phasen „Konstruktion“ und „Fertigung“ werden in der heutigen Praxis durch den Begriff der Produktentwicklung ersetzt. Industrieller Standard sind heute moderne CAD/CAM-Systeme, die in der Lage sind, alle Phasen der Produktgestaltung digitalisiert in 3D darzustellen. Dabei geht der Trend zu Produktdatenmanagement-Systemen, welche neben prozess-spezifischen Funktionen auch über Tools zur Datenverwaltung und -speicherung verfügen und auf diese Weise in der Lage sind, für einen vollautomatisierten Workflow zur Entwicklung von Produkten zu sorgen.
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