Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion Übung VIII - Klausurvorbereitung -

(1)

Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion

Übung VIII

- Klausurvorbereitung -

(2)

12.02.2021 | T. Vietor, T. Huth, T. Şahin, J. Baschin | Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion | Seite 2

vorläufiger Zeitplan Übung

Nr. Themen Termin Inhalt Aufnahme

1. Anforderungsliste, Konstruktionskataloge 27.11. -

2. Allgemeine Funktionsstrukturen (AFS) 04.12. -

3. Logische Funktionen, Logische Funktionsstrukturen (LFS) 11.12. -

4. Spezielle Funktionsstrukturen (SFS), Kinematische Ketten 18.12. -

Winterpause

5. Aufgabenvorstellung Übung Lenksäule 15.01. -

6. entfallen 22.01. -

7. Lösungsvorstellung Übung Lenksäule 29.01. -

8. entfallen 05.02. -

9. Klausurvorbereitung 12.02. -

(3)

Organisatorisches

 Prüfungstermin: Montag, 01.03.2021, 10:15 – 14:15 Uhr

 Ort: Take Home Exam, StudIP

 Einladung zur StudIP-Veranstaltung „Take Home Exam: Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion“

 Im Ordner innerhalb der Veranstaltung finden Sie die Prüfungsaufgaben

 Prüfungsdauer: Sie können die Bearbeitungszeit von 120 min frei innerhalb der zur Verfügung stehenden 240 min anordnen (Dokumente rechtzeitig hochladen bis 14:15 Uhr!)

 Die Veranstaltung in StudIP ist nur in der angegebenen Zeit zur Bearbeitung freigegeben

 Eine Abgabe der Dateien kann nicht mehr nach 14:15 Uhr erfolgen

 Die Veranstaltung und die Ordner mit den Aufgaben sind ab 10:15 freigeschaltet

 Fragen- und Anwendungsteil

 Hilfsmittel erlaubt, aber selbstständige Bearbeitung!

 Parallele Webkonferenz unter Meetings in StudIP zur Beantwortung von Fragen und technischen Problemen

WS 20/21 Klausur Grundlagen der Produktentwicklung

und Konstruktion

Prüfung

(4)

Inhalt Übung 12.02.2021

Klausurvorbereitung

 Kinematische Ketten

 Logische Funktionsstrukturen (LFS)

 Allgemeine Funktionsstruktur (AFS)

 Spezielle Funktionsstruktur (SFS)

(5)

Kinematische Ketten

Beispielaufgabe aus einer Klausur (Fragenteil)

Die Hubarme des Kompaktladers sind hinter der Fahrerkabine angelenkt. Die Bewegung der Schaufel in der gezeigten Form erfolgt durch zwei hydraulische Zylinder.

Fertigen Sie für den dargestellten Mechanismus zum Bewegen der Schaufel (nicht das Fahrzeug) eine Prinzipskizze an.

Kennzeichnen Sie Gestell und Antriebe.

Nummerieren Sie die Glieder entsprechend des Bildes durch.

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Kinematische Ketten

Beispielaufgabe aus einer Klausur (Fragenteil)

Die Hubarme des Kompaktladers sind hinter der Fahrerkabine angelenkt. Die Bewegung der Schaufel in der gezeigten Form erfolgt durch zwei hydraulische Zylinder.

Fertigen Sie für den dargestellten Mechanismus zum Bewegen der Schaufel (nicht das Fahrzeug) eine Prinzipskizze an.

Kennzeichnen Sie Gestell und Antriebe.

Nummerieren Sie die Glieder entsprechend des Bildes durch.

1 Gestell

3 2 4 5

6

7 an

an

(7)

Kinematische Ketten

Beispielaufgabe aus einer Klausur (Fragenteil) - Fortsetzung

Führen Sie basierend auf der skizzierten Struktur unter Erhalt des Freiheitsgrades folgende Variationsoperationen durch.

Stellen Sie jeweils den gesamten Mechanismus zum Bewegen der Schaufel dar.

a) Wechsel eines Schub- in ein Drehgelenk

b) Gliederzahl um eins vermindern und ein Zwiegelenk einsetzen

1 Gestell

3 2 4 5

6

7 an an

F = 3(7–1) – 82 – 0*1 = 2

(8)

Kinematische Ketten

Beispielaufgabe aus einer Klausur (Fragenteil) - Fortsetzung a) Wechsel eines Schub- in ein Drehgelenk

1 Gestell

3 2 4 5

6

7 an an

1 Gestell

3 2 4 5

6

7 an

an

(9)

Kinematische Ketten

Beispielaufgabe aus einer Klausur (Fragenteil) - Fortsetzung b) Gliederzahl um eins vermindern und ein Zwiegelenk einsetzen

1 Gestell

3 2 4 5

6

7 an

an 1

Gestell

2 3

4 5

6 an

an

(10)

Inhalt Übung 12.02.2021

Klausurvorbereitung

 Allgemeine Informationen

 Kinematische Ketten und Gestaltung

 Logische Funktionsstrukturen

 Allgemeine Funktionsstruktur (AFS)

 Spezielle Funktionsstruktur (SFS)

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a. Ermitteln Sie sämtliche Ein- und Ausgangsgrößen des dargestellten Systems, tragen Sie diese in eine Tabelle ein und codieren Sie die Zustände sinnvoll. Zur

Vereinfachung sollen im Folgenden die Größen

Nietmagazin NM und Zuführeinheit ZE in der Größe NZ zusammengefasst werden.

Stellen Sie hierzu eine Funktion in der Form

NZ=f(NM, ZE) auf. 5,0 Punkte b. Unter welcher Bedingung kann der Nietstanzautomat

starten (X=1), wenn sowohl die Fügekrafterzeugung also auch die Nietzuführung sicher gestellt sind? Stellen Sie

c. Legen Sie eine vollständige Wertetabelle an und stellen Sie die Disjunktive Normalform (DNF) für die nach unten gerichtete Stanzbewegung (Y) des Stempels auf.

Verwenden Sie dabei die in a) und b) zusammengefassten Größen. Vereinfachen Sie die DNF soweit wie möglich mithilfe der Axiome und Rechenregeln der Boole’schen

Logische Funktionsstrukturen (Stanznietautomat - SS16)

Funktion des Stanznietautomaten

Die Bewegung des Nietstempels kann nur ausgelöst werden, wenn die Schiebetür (ST) geschlossen ist und ein Handtaster (T) betätigt wird. Außerdem muss für die Fügekrafterzeugung entweder Druckluft mit definiertem Druck (P) vorhanden sein oder elektrische Energie (E) für den Elektromotor zur Verfügung stehen. Der Nietstempel kann sich nur vertikal nach unten bewegen, falls der Fügeposition ein Niet zugeführt wurde. Die Nietzuführung (NZ) kann nur erfolgen, wenn das Nietmagazin (NM) gefüllt und die Zuführeinheit (ZE) entriegelt ist. Außerdem läuft der Stanzprozess nicht an oder stoppt, falls der Aus- Schalter (A) betätigt ist. Der Aus-Schalter (A) bleibt solange in Stellung bis er wieder umgeschaltet wird!

d. Setzen Sie die in b) ermittelte vereinfachte logische Funktion für Y in ein Blockschaltbild für eine Logische

Funktionsstruktur (LFS)

um.

(12)

Logische sequentielle Funktionen (Stanznietautomat - SS16)

Größe Bezeichnung Zustände Codierung

Y Stanzbewegung erfolgt / nicht erfolgt 1/0

ST Schiebetür geschlossen / nicht geschlossen 1/0

T Handtaster betätigt / nicht betätigt 1/0

P Druckluft vorhanden / nicht vorhanden 1/0

E Elektrische Energie vorhanden / nicht vorhanden 1/0

NM Nietmagazin gefüllt / nicht gefüllt 1/0

ZE Zuführeinheit entriegelt / nicht entriegelt 1/0

A Aus-Schalter betätigt / nicht betätigt 1/0

NZ Nietzuführung erfolgt / nicht erfolgt

𝑁𝑍 = 𝑓 𝑁𝑀, 𝑍𝐸 = 𝑁𝑀 ∧ 𝑍𝐸

Teilaufgabe a) und b)

1/0

𝑋 = 𝑓 𝑆𝑇, 𝑇, 𝐴 = 𝑆𝑇 ∧ 𝑇 ∧ ҧ 𝐴

X Nietstanzautomat gestartet / nicht gestartet 1/0

(13)

Übungsaufgabe: Stanznietautomat

Teilaufgabe c)

∨ 𝑋 ∧ 𝑁𝑍 ∧ ത 𝐸 ∧ 𝑃

= (𝑋 ∧ 𝑁𝑍) ∧ (𝐸 ∨ 𝑃)

X NZ E P Y

1 1 1 1 1

1 1 1 0 1

1 1 0 1 1

1 1 0 0 0

1 0 1 1 0

1 0 1 0 0

1 0 0 1 0

1 0 0 0 0

0 1 1 1 0

0 1 1 0 0

0 1 0 1 0

0 1 0 0 0

0 0 1 1 0

0 0 1 0 0

𝑌 = 𝑋 ∧ 𝑁𝑍 ∧ 𝐸 ∧ 𝑃

∨ 𝑋 ∧ 𝑁𝑍 ∧ 𝐸 ∧ ത 𝑃

= 𝑋 ∧ 𝑁𝑍 ∧ ൫ 𝐸 ∧ 𝑃 ∨

(14)

Übungsaufgabe: Stanznietautomat

Teilaufgabe d)

X NZ

E P

&

≥1

& Y

& ≥1

UND ODER

Negation

Operatoren

𝑌 = (𝑋 ∧ 𝑁𝑍) ∧ (𝐸 ∨ 𝑃)

(15)

Inhalt Übung 12.02.2021

Klausurvorbereitung

 Allgemeine Informationen

 Kinematische Ketten und Gestaltung

 Logische Funktionsstrukturen (LFS)

 Allgemeine Funktionsstruktur (AFS)

 Spezielle Funktionsstruktur (SFS)

(16)

Allgemeine Funktionsstruktur (Schokoladenherstellung - SS16)

20 Punkte

2 Punkte

4 Punkte

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Allgemeine Funktionsstruktur (Schokoladenherstellung - SS16)

In einem ersten Schritt wird Kakaomasse (1) mit Zucker (2) in einen elektrisch vorgewärmten Mischbehälter (5) gefüllt. Dann werden Kakaobutter (3) und Milchpulver (4) dazu

gemischt. Nach etwa halbstündigem Rühren mit einem elektrischen Rührwerk (6) verbinden sich die festen und flüssigen Stoffe zu einer zähen, etwas klumpigen Masse.

Um eine geschmeidige Konsistenz der flüssigen Schokolade zu erreichen, sind zwei weitere Verarbeitungsschritte notwendig. In Schritt 2 wird die Masse gewalzt, um die Klumpengröße zu verringern. Beim folgenden Conchieren (Schritt 3) wird noch einmal Kakaobutter hinzugefügt.

Dann wird die Masse elektrisch auf ca. 90°C erwärmt und bis zu 72 Stunden von einer Walze (8) ständig bewegt. In dieser Zeit verdampfen einige unerwünschte Stoffe (9) und die

Konsistenz der Masse verfeinert sich. Es

entsteht flüssige Schokolade (13), die zur

(18)

Allgemeine Funktionsstruktur (Schokoladenherstellung - SS16)

S

S S S

Kakaomasse

Zucker

Kakaobutter

Milchpulver

flüssige Schokolade

(19)

Allgemeine Funktionsstruktur (Schokoladenherstellung - SS16)

Milchpulver

S S

S S S

E E

E

S S

S

E

S S S S

S S

Strom

Heiz- element Kakao

masse Zucker Kakao- butter

Walzen

E

Conche

unerwünschte Stoffe

flüssiges Schokolade Erwärmung

E

Heiz- element

S

Rührwerk Walze

(20)

Inhalt Übung 12.02.2021

Klausurvorbereitung

 Allgemeine Informationen

 Kinematische Ketten und Gestaltung

 Logische Funktionen

 Allgemeine Funktionsstruktur (AFS)

 Spezielle Funktionsstruktur (SFS)

(21)

Spezielle Funktionsstruktur (Crosstrainer - SS16)

(22)

Spezielle Funktionsstruktur (Crosstrainer - SS16)

𝐹 _𝐻

ሶ

𝜔 ₁ = 𝑓(𝐹 _𝐻 ) 𝜔 ሶ ₁

5.1 (1) 1.5 (1) 1.1 5.1 (1) 8.5 (1)

𝐹 _𝐻 𝑀 ₁ 𝐹 ₂ 𝐹 ₃ 𝑀 ₂ 𝜔 ሶ

𝑀

₁

= 𝐹

_𝐻

𝑙

₁

cos 𝛼

₁

𝐹

₂

= 𝑀

₁

𝑙

₂

𝐹

₃

= 𝐹

₂

+ 𝐹

_𝐹

𝑀

₂

= 𝐹

₃

𝑙

₃

cos 𝛼

₂

𝜕𝜔

₁

𝜕𝑡 = 𝑀

₂

𝐼

_𝑝

Teilaufgabe 3.1 a)

Teilaufgabe 3.1 b)

(23)

Exemplarische Fragen

 Zur systematischen Analyse der Aufgabenstellung kann ein sogenannter Suchwürfel eingesetzt werden. Benennen Sie die einzelnen Dimensionen, die dieser Würfel abbildet.

1. Lebenslaufphasen 2. Art der Relationen

3. Art des Nachbarsystems

(1,5 Punkte)

Dimensionen der Aufgabenklärung

(24)

Exemplarische Fragen

 Neben Fragen, die eine Aufzählung bzw. Nennung bestimmter Inhalte erfordern, können Fragen gestellt werden, die eine Formulierung von Zusammenhängen und weiterführenden Überlegungen erfordern.

 Beschreiben Sie das wesentliche Merkmal und ein Beispiel einer diskursiven Methode. Ordnen Sie die von Ihnen genannte Methode in den Konstruktionsprozess nach Roth ein. Erläutern Sie, wie die Methode bei der Entwicklung unterstützen könnte?

Schrittweises Vorgehen mit Zwischenergebnissen zur Erreichung eines bestimmten Ziels (z.B. Morphologische Analyse).

Die morphologische Analyse wird vorrangig im Übergang zwischen prinzipieller Phase und gestaltender Phase eingesetzt, um für festgelegte Teilfunktionen passende Lösungsmöglichkeiten auszuwählen. Dadurch wird für prinzipielle Zusammenhänge (prinzipielle Phase) eine Grobgestaltung (gestaltende Phase) festgelegt. Durch die morphologische Analyse wird eine objektive und effektive Auswahl passender Teil-/Gesamtlösungen und gleichzeitig ein Ausschluss nicht geeigneter Lösungen ermöglicht.

(3,0 Punkte)

(25)

Wir wünschen euch einen erfolgreichen Semesterabschluss! Bei den Klausurvorbereitungen unterstützen wir euch gerne…

Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion Übung VIII - Klausurvorbereitung -

Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion

Übung VIII

- Klausurvorbereitung -

vorläufiger Zeitplan Übung

Nr. Themen Termin Inhalt Aufnahme

1. Anforderungsliste, Konstruktionskataloge 27.11. -

2. Allgemeine Funktionsstrukturen (AFS) 04.12. -

3. Logische Funktionen, Logische Funktionsstrukturen (LFS) 11.12. -

4. Spezielle Funktionsstrukturen (SFS), Kinematische Ketten 18.12. -

Winterpause

5. Aufgabenvorstellung Übung Lenksäule 15.01. -

6. entfallen 22.01. -

7. Lösungsvorstellung Übung Lenksäule 29.01. -

8. entfallen 05.02. -

9. Klausurvorbereitung 12.02. -

Organisatorisches

 Prüfungstermin: Montag, 01.03.2021, 10:15 – 14:15 Uhr

 Ort: Take Home Exam, StudIP

 Einladung zur StudIP-Veranstaltung „Take Home Exam: Grundlagen der Produktentwicklung und Konstruktion“

 Im Ordner innerhalb der Veranstaltung finden Sie die Prüfungsaufgaben

 Prüfungsdauer: Sie können die Bearbeitungszeit von 120 min frei innerhalb der zur Verfügung stehenden 240 min anordnen (Dokumente rechtzeitig hochladen bis 14:15 Uhr!)

 Die Veranstaltung in StudIP ist nur in der angegebenen Zeit zur Bearbeitung freigegeben

 Eine Abgabe der Dateien kann nicht mehr nach 14:15 Uhr erfolgen

 Die Veranstaltung und die Ordner mit den Aufgaben sind ab 10:15 freigeschaltet

 Fragen- und Anwendungsteil

 Hilfsmittel erlaubt, aber selbstständige Bearbeitung!

 Parallele Webkonferenz unter Meetings in StudIP zur Beantwortung von Fragen und technischen Problemen

WS 20/21 Klausur Grundlagen der Produktentwicklung

und Konstruktion

Prüfung

Inhalt Übung 12.02.2021

Klausurvorbereitung

 Kinematische Ketten

 Logische Funktionsstrukturen (LFS)

 Allgemeine Funktionsstruktur (AFS)

 Spezielle Funktionsstruktur (SFS)

Kinematische Ketten

Beispielaufgabe aus einer Klausur (Fragenteil)

Die Hubarme des Kompaktladers sind hinter der Fahrerkabine angelenkt. Die Bewegung der Schaufel in der gezeigten Form erfolgt durch zwei hydraulische Zylinder.

Fertigen Sie für den dargestellten Mechanismus zum Bewegen der Schaufel (nicht das Fahrzeug) eine Prinzipskizze an.

Kennzeichnen Sie Gestell und Antriebe.

Nummerieren Sie die Glieder entsprechend des Bildes durch.

Kinematische Ketten

Beispielaufgabe aus einer Klausur (Fragenteil)

Die Hubarme des Kompaktladers sind hinter der Fahrerkabine angelenkt. Die Bewegung der Schaufel in der gezeigten Form erfolgt durch zwei hydraulische Zylinder.

Fertigen Sie für den dargestellten Mechanismus zum Bewegen der Schaufel (nicht das Fahrzeug) eine Prinzipskizze an.

Kennzeichnen Sie Gestell und Antriebe.

Nummerieren Sie die Glieder entsprechend des Bildes durch.

1

Gestell

3 2 4 5

6

7

an

an

Kinematische Ketten

Beispielaufgabe aus einer Klausur (Fragenteil) - Fortsetzung

Führen Sie basierend auf der skizzierten Struktur unter Erhalt des Freiheitsgrades folgende Variationsoperationen durch.

Stellen Sie jeweils den gesamten Mechanismus zum Bewegen der Schaufel dar.

a) Wechsel eines Schub- in ein Drehgelenk

b) Gliederzahl um eins vermindern und ein Zwiegelenk einsetzen

1

Gestell

3 2 4 5

6

7

an an

F = 3*(7–1) – 8*2 – 0*1 = 2

Kinematische Ketten

Beispielaufgabe aus einer Klausur (Fragenteil) - Fortsetzung a) Wechsel eines Schub- in ein Drehgelenk

1

Gestell

3 2 4 5

6

7

an an

1

Gestell

3 2 4 5

F = 3(7–1) – 82 – 0*1 = 2