Insight

Tipps für das Design mehrteiliger Baugruppen

Die Meister-Klasse in Produktdesign und -entwicklung


Insight: Tipps für das Design mehrteiliger Baugruppen

23.10.2020

Hallo! Es ist Freitag, Zeit also für ein weiteres Protolabs Insight-Video.

Die beiden grundlegendsten Prinzipien beim Design von Teilen für die Fertigung und Montage lauten: Vermeiden Sie so viele Einzelteile wie möglich und entwickeln Sie leicht montierbare Produkte. Wenn Sie glauben, dass das einfacher gesagt als getan ist ... dann haben Sie nicht ganz unrecht.

Es gibt jedoch verschiedene Wege, wie es Ihnen bei Ihrem nächsten Entwurf einer mehrteiligen Baugruppe gelingt, sich eher in einen Parkspaziergang als in eine Wurzelbehandlung hineinversetzt zu fühlen. Es sind genauer gesagt acht Wege.

Erstens: symmetrische Teile.

Auch wenn es zunächst schwer nachzuvollziehen ist, lassen sich viele normalerweise aus zwei verschiedenen Komponenten bestehende Produkte tatsächlich aus einem Paar identischer Teile herstellen.

Denken Sie an einen Gehäusekasten, der aus zwei Hälften besteht. Der gängigen Meinung zufolge müsste man in die eine Hälfte Bolzenlöcher bohren, die andere Hälfte mit Gewindebuchsen versehen und dann mit Schrauben und Unterlegscheiben alles zusammenfügen. Das funktioniert zwar, allerdings brauchen Sie dafür zwei verschiedene Formen. Stattdessen könnten wir einfach die beiden Hälften symmetrisch gestalten und die Löcher und Gewinde in den beiden Teilen gleich und jeweils gegenüberliegend verteilen.

Gleiche Funktion bei halbierten Werkzeugkosten.

Zweiter Tipp: Verwenden Sie identische Passteile.

Nehmen wir das Gehäuse von eben: Es ist zwar schön symmetrisch, doch die Gewindeeinsätze müssen immer noch manuell installiert werden. Noch dazu gilt es, den Überblick über die ganzen Schrauben und Unterlegscheiben zu behalten. Viel zu viel Aufwand ...

Verwenden Sie stattdessen ein einfaches System aus ineinandergreifenden Clips und Haken, bei dem die beiden Hälften ineinander einrasten. Oder gehen Sie einen Schritt weiter und ersetzen Sie auch die Clip-Mechanismen durch ein aktives Scharniergelenk, um ein einteiliges Design zu erhalten.

Ihr Materialbedarf wird drastisch verringert, die Montagezeit sinkt auf null und Sie brauchen nur noch eine Form. Was will man mehr?

Dritter Punkt: Familienwerkzeug.

Familienwerkzeug eignet sich ideal für die Herstellung einer ganzen Serie von Teilen mit ähnlichen Formen und Größen. Die beiden oben erwähnten Passteile können in ein und derselben Form hergestellt werden, wodurch sich die Zahl der Durchläufe von zwei auf eins reduziert. Jede Gruppe von Teilen, die eine komplette Baugruppe bilden, kann hiervon profitieren, solange die Einzelteile aus demselben Material bestehen und in das Volumen passen, mit dem Sie arbeiten. So lässt sich wunderbar Zeit und Geld sparen.

Als Nächstes haben wir den vierten Tipp: Verwenden Sie Normalien.

Das erscheint einleuchtend, aber wenn Sie etwas Neues gestalten, können Sie leicht in die Versuchung geraten, das Rad neu erfinden zu wollen. Damit meine ich, dass Sie versuchen könnten, Ihre eigenen Spezialschrauben, Schafte und anderen Kleinteile herzustellen.

Glauben Sie mir: Dies führt nur zu Ärger und Frustration. Anstelle von Alleingängen sollten Sie lieber Ihr Gesamtprodukt so überarbeiten, dass es mit Normalien kompatibel ist.

Halbzeit, hier kommt unser fünfter Tipp: Verwenden Sie Teile, die ganze Baugruppen ersetzen.

Prüfen Sie, ob es möglich ist, Ihr Teil aus nur einem Stück herzustellen. Die Eigenschaften, die Kunststoffe wie Polypropylen und Styrol-Butadien zu hervorragenden Kandidaten für aktive Scharniergelenke machen, sorgen auch dafür, dass sie sich für andere flexible Komponenten eignen. Clevere Teilekonstrukteure erhalten so die Möglichkeit, Baugruppen zu vereinfachen und die Materialliste zu verkleinern. In manchen Fällen lässt sich durch intelligentes Design eine einstmals komplexe Baugruppe auf ein einteiliges Stück reduzieren.

Weiter geht‘s mit Tipp Nummer sechs: Nutzen Sie den 2K-Spritzguss und das Umspritzen von Einlegeteilen.

Oft stellt sich heraus, dass zwei oder mehr Komponenten zusammen spritzgegossen werden können. Statt einen Gummigriff an ein Kunststoff-Instrumentengehäuse zu schweißen, zu kleben oder zu schrauben, kann mithilfe von 2K-Spritzguss ein dauerhafter Verbund hergestellt werden, ohne dass sekundäre Montageprozesse notwendig wären. Obwohl die beiden Kunststoffe chemisch miteinander verträglich sein müssen, stehen Sie trotzdem vor einer ziemlich breiten Auswahl an Werkstoffkombinationen und Farben.

Biegen wir mit Tipp Nummer sieben ein auf die Zielgerade: Denken Sie bereits in der Designphase an eine einfache Montage.

Idealerweise ist der Montageaufwand auf ein Minimum reduziert, doch manchmal lässt es sich beim Design nicht vermeiden, dass mehrere Teile zusammengesetzt werden müssen.

Wenn ein Produkt montiert wird, vereinfachen Sie diesen Arbeitsschritt, indem Sie die verschiedenen Schrauben und Verbindungselemente so ausrichten, dass sie alle von derselben Seite aus zugänglich sind. Verwenden Sie möglichst Normalien, damit der Arbeiter keine unterschiedlichen Werkzeuge in die Hand nehmen muss. Machen Sie die Baugruppe verwechslungssicher und entwerfen Sie Zentrierstifte und Führungselemente, um nicht zueinander passende Teile zu vermeiden.

Außerdem sollten Sie versuchen, etwas Zeit in der Montagehalle zu verbringen. Wenn Sie die Probleme kennen, die in dieser Phase oft auftreten, können Sie große Verbesserungen beim Teiledesign erzielen.

Und zum Schluss Tipp Nummer acht: Halten Sie Ausschau nach Alternativen.

Dieser Tipp klingt vielleicht etwas merkwürdig. Aber wenn Sie feststellen, dass die Technik, mit der Sie arbeiten, nicht ganz Ihren Anforderungen entspricht, dann sollten Sie nicht davor zurückschrecken, die Fühler auszustrecken.

Technologien und Werkstoffe, von denen wir vor ein paar Jahrzehnten nur träumen konnten, stellen jetzt die Welt des Designs und der Konstruktion auf den Kopf. Ein gutes Beispiel hierfür ist der industrielle 3D-Druck. Wenn die gewünschte Menge dies zulässt, können Teile, für die früher eine Spritzgussform hergestellt oder eine CNC-Maschine eingerichtet und programmiert werden musste, nun mit einem Bruchteil des Zeit- und Kostenaufwands 3D-gedruckt werden.

Natürlich lassen sich manche mehrteilige Baugruppen am besten auf die altmodische Weise durch Bearbeitung und Montage von Einzelteilen herstellen. Doch selbst hier gelten die Designregeln in Bezug auf Machbarkeit und Montage. Der Einfachheit halber sollten Sie nichts entwerfen, was Sie „von der Stange“ kaufen können, alle Ihnen zur Verfügung stehenden Fertigungsoptionen prüfen und die mit ihnen verbundenen Regeln verstehen. Wenn Sie sich strikt an die Richtlinien halten, können Sie in kürzester Zeit mehrteilige Baugruppen kostengünstig und effizient herstellen.

Das war mehr als genug Stoff für diese Woche. Ich verabschiede mich und sage, bis nächsten Freitag!


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