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Titelaufnahme

Titel
Multidisziplinäres Entwerfen und Gestalten von Leichtbauteilen in mechatronischen Systemen : vom Konzept bis zum Prototypen am Beispiel Flugzeuginterieur / eingereicht von Christoph Kralovec
Weitere Titel
Multidisciplinary conceptual and structural design of lightweight elements in mechatronic systems
VerfasserKralovec, Christoph
Begutachter / BegutachterinSchagerl, Martin ; Schröder, Kai-Uwe
ErschienenLinz, August 2016
UmfangXV, 189 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Univ., Dissertation, 2016
Anmerkung
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
SpracheDeutsch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Leichtbau / Struktur / gestalten / entwerfen / optimieren / Mechatronik / multidisziplinär / System / Flugzeugbau / Produktentwicklung
Schlagwörter (EN)lightweight design / structure / conceptual design / structural design / optimization / mechatronic / multidisciplinary / system / aviation / product development
Schlagwörter (GND)Leichtbau / Flugzeugbau / Produktentwicklung / Entwurf / Mechatronik
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-11190 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
Dateien
Multidisziplinäres Entwerfen und Gestalten von Leichtbauteilen in mechatronischen Systemen [10.43 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit stellt ein methodisches Vorgehen zur Bewältigung des komplexen Gestaltungsprozesses von Leichtbauteilen in mechatronischen Systemen vor. Das Vorgehen basiert auf bekannten Produktgestaltungsmethoden und der fundamentalen Idee, mittels eines zentralen disziplinübergreifenden Lösungskonzepts den gesamten weiteren disziplinspezifischen Gestaltungsprozess zielgerichtet zu steuern. Der methodische Vorgang und dessen Teilschritte werden allgemein gültig vorgestellt und anhand eines real durchgeführten Entwicklungsprojekts verdeutlicht. Des Weiteren wird gezeigt, wie der vorgestellte Gestaltungsprozess die Schaffung neuartiger Lösungskonzepte und somit großer Leichtbaupotentiale fördert. Nachteile, wie die arbeitsintensive Durchführung des methodischen Vorgehens und die schwierige Optimierung der Lösungskonzepte, werden ebenso diskutiert wie dessen Anwendungsbereich und Vermögen mechatronische Produkte innerhalb nur eines Prozessdurchlaufs zu einem hohen Reifegrad zu führen. Darüber hinaus werden allgemeine Gestaltungsprinzipien, Werkstoffe und moderne Sicherheitskonzepte des Leichtbaus vorgestellt und deren Rolle im Gestaltungsprozess verdeutlicht. Die Arbeit gliedert sich in drei Teile, wobei im ersten Teil der Arbeit die geschichtliche Entwicklung der Produktgestaltungsmethoden und die wesentlichen Elemente einiger der heute am verbreitetsten Methoden, die Methode der Wertanalyse, die Methode der Systemtechnik und die Konstruktionsmethoden, vorgestellt werden. Darüber hinaus werden deren Gemeinsamkeiten und zukünftige Trends zusammengefasst. Der zweite Teil der Arbeit stellt das allgemeine und methodische Vorgehen zum multidisziplinären Entwerfen und Gestalten von Leichtbauteilen in mechatronischen Systemen vor. Dieses setzt sich zusammen aus der Analyse und Zieldefinition der Aufgabenstellung, dem Systementwurf auf Basis einer disziplinübergreifenden Lösungssuche und -auswahl, der disziplinspezifischen Gestaltung der Leichtbauteile auf Basis des Systementwurfs und der Systemintegration sowie den Funktionsnachweisen der Lösung. Darüber hinaus werden Grundlagen von Methoden und Hilfsmitteln zur Behandlung der einzelnen Prozessschritte erläutert. Abschließend wird das methodische Vorgehen anhand eines konkreten Beispiels aus dem Flugzeuginterieur verdeutlicht. Es handelt sich dabei um die real durchgeführte Entwicklung einer neuartigen, beweglichen, elektrisch angetriebenen Gepäckablage für Standardrumpfflugzeuge, d.h. eines mechatronischen Systems. Der Gestaltungsprozess des Gepäckablagesystems wird zu diesem Zweck ausgehend von der gegebenen Aufgabenstellung bis zur Erstellung des physikalischen Prototypen schrittweise durchlaufen und die allgemeinen Prozessbausteine sowie deren Zusammenwirken mithilfe repräsentativer Anwendungsbeispiele erläutert. Die Arbeit endet mit der Vorstellung des neu entwickelten und gegenwärtig im Prozess der nationalen Patentanmeldung befindlichen Gepäckablage-Konzepts.

Zusammenfassung (Englisch)

This work presents a general approach to address the complex process of lightweight design for mechatronic systems. The approach is based on standard methodologies of product development and the fundamental idea of establishing an interdisciplinary concept design that directs the entire following and more detailed design process. The general process and its subsequences are introduced theoretically and highlighted by the exemplarily execution of the approach in a real development project. Moreover, it is demonstrated that the presented approach has a large potential of mass reduction by supporting the creation of novel lightweight design solutions. Its scope of application, the ability to achieve high product maturity and its drawbacks, including the time-consuming execution or the difficult realization of the whole optimization potential of a solution concept, are discussed. Basic design principles, lightweight materials and the state-of-the-art structural integrity concepts of lightweight design are furthermore presented with their applications illustrated. The presented thesis is split into three sections. First, an overview of the historical evolution of today's product development methodologies is given, including short introductions of some popular representatives such as the Value Engineering, the Systems Engineering and the Engineering Design. Furthermore, their similarities and general trends are outlined. Second, the chosen general approach to process the multidisciplinary conceptual and structural design of lightweight elements in mechatronic systems is introduced. The approach is presented in details with the main procedure, the analysis of the given design task and the definition of objectives, the conceptual design based on interdisciplinary investigations, the discipline-specific design based on the established concept, and the final integration of the discipline-specific solutions to the superior interdisciplinary solution and its verification. Fundamentals of tools for the treatment of the single process steps are provided and clarified. Finally, the multidisciplinary design approach is illustrated by a practical example from the aviation industries, represented by a real development process of a novel aircraft overhead stowage compartment for single-aisle aircraft. The stowage compartment is movable and electrically driven, i.e., a mechatronic system. The design process of the stowage compartment, starting with the design task and ending with the physical prototype and its validation, is presented stepwise and highlighted with representative examples. The work concludes with the presentation of an overhead stowage compartment designed according to the discussed design approach, for which a patent is requested and currently pending in Austria.