Systematisches Konzipieren mittels Ähnlichkeitsmethoden am Beispiel von PKW-Karosserien

In der Arbeit wird ein Vorgehen zur verbesserten Nutzung des Ähnlichkeitsbegriffs beim methodischen Konstruieren speziell zum Konzipieren erster Entwürfe erarbeitet. Das Ziel besteht darin, möglichst vor Beginn der gestalterischen Phase die technischen Haupteigenschaften von prinzipiellen Lösungen bzw. von einzelnen Lösungsvarianten mit Hilfe von dimensionslosen Kennzahlen physikalischfunktional zu beschreiben und vergleichend zu bewerten. Bisherige Schwerpunkte in der Anwendung der Ähnlichkeitstheorie beim methodischen Konstruieren liegen in einer Vereinfachung der gestaltenden Phase. Die prinzipielle Phase wird nicht durchgängig unterstützt. Die Betrachtungen wurden hauptsächlich im Hinblick auf eine bessere methodische Unterstützung der Konzeptphase innerhalb der Entwicklung von PKW-Karosserien durchgeführt. Bislang stehen hierfür keine mit geringem Aufwand nutzbaren Verfahren und Methoden zur Verfügung, die es erlauben in der Frühphase der Entwicklung einer Tragstruktur erste Bewertungen hinsichtlich der Erfüllbarkeit der Anforderungen zu machen. Um die Anwendung der Ähnlichkeitstheorie im Konstruktionsprozess zu verbessern, wurde der Begriff der konstruktiven Ähnlichkeit definiert. Als konstruktive Ähnlichkeit ist ausgehend vom Begriff der physikalischen Ähnlichkeit ein verallgemeinerter Eigenschaftsvergleich zweier technischer Objekte zu verstehen. Die Anwendung des Begriffs der konstruktiven Ähnlichkeit wurde auf Ebene der Kennzahlen in Form von drei Arten dimensionsloser Kennzahlen näher spezifiziert. Diese Kennzahlen basieren im Aufbau auf den bekannten ähnlichkeitstheoretischen dimensionslosen Kennzahlen. Speziell für die prinzipielle Phase wurde aufbauend darauf ein methodisches Vorgehen entwickelt, welches es ermöglicht vor der ersten detaillierten Ausarbeitung eines gestalterischen Entwurfs anhand von dimensionslosen Kennzahlen die wesentlichen Funktions- und Konstruktionsgrößen anforderungsgerecht auszulegen und zu optimieren. Das Vorgehen ist in vier Phasen gegliedert. Zu Beginn werden im Rahmen der Aufgabenklärung die zu betrachtenden Produkteigenschaften definiert und die dafür verantwortlichen Parameter identifiziert. In der zweiten Phase wird ein Grobkonzept für dimensionslose Kennzahlen entwickelt. Einer Einteilung der betrachteten Eigenschaften in charakteristische Ähnlichkeitsklassen folgt die Ausarbeitung einer übergeordneten dimensionslosen Zielfunktion des Systems. Die dritte Phase nutzt ähnlichkeitstheoretische Hilfsmittel, wie z. B. das Aufstellen einer Relevanzliste, um dimensionslose Kennzahlen zur Beschreibung der zu untersuchenden Eigenschaften des Systems zu ermitteln. Die vierte Phase dient der Analyse und Optimierung der betrachteten funktionalen und konstruktiven Größen im dimensionslosen Raum im Rahmen einer Vorauslegung. Das abschließende Fallbeispiel der Auslegung eines PKW-Schwellers zeigt die praktische Anwendbarkeit der Methode bei der Prinzipfindung und Gestaltung einzelner Funktions- und Konstruktionsgrößen für eine neuartige Bodenstruktur.