Weniger Teile für die gleiche Anzahl an Funktionen verwenden: Was ein bisschen wie Zauberei klingt, nennt sich in der Konstruktionslehre «Funktionsintegration» und ist ein Weg, um schnell und einfach Kosten einzusparen. Wir helfen Ihnen dabei, die Funktionsintegration gezielt zu nutzen, um Ihre Kosten zu senken. Wie das funktioniert, erklären wir in diesem Beitrag.
Referenzen
Funktionsintegration mit 3D-Druck: Teile reduzieren, Kosten halbieren.
Um der Funktionsintegration so richtig auf den Grund zu gehen, müssen wir als erstes klären, was eigentlich eine Funktion ist: Eine Funktion beschreibt, was ein Bauteil oder Produkt tut, ohne eine spezifische Lösung zu definieren.
Was ist eine Funktion?
Eine Funktion kann beispielsweise darin bestehen, ein Sensorkabel zu befestigen, eine Abdeckung zu fixieren, den Zugriff auf bestimmte Bereiche zu verhindern oder die Optik eines Produkts zu verbessern. Ebenso können Funktionen wie das Übertragen von Kräften, das Fixieren eines Kugellagers, das Reduzieren von Reibung oder das Verbinden einzelner Bauteile eine zentrale Rolle spielen.
Möglicherweise hat das Bauteil oder Produkt auch Funktionen, die nur während der Produktion, Montage oder Entsorgung eine Rolle spielen. Beispielsweise lässt es zu, dass Monteure mit einem Schraubwerkzeug eine bestimmte Schraube anziehen können. All das sind Funktionen, die in Kombination die Form, das Material oder das Aussehen eines Bauteils bestimmen und zu einer Lösung führen können.
Was ist Funktionsintegration?
Bei der Funktionsintegration überlegen wir, welche Funktionen ein bestimmtes Bauteil zusätzlich übernehmen könnte. Ziel ist es, mehrere Funktionen in einem einzigen Element zu vereinen, um Effizienz, Materialeinsatz und Kosten zu optimieren.
Wie funktioniert Funktionsintegration?
Funktionsintegration erfolgt durch geschicktes Design, Materialauswahl und Fertigungstechniken. Dabei gibt es verschiedene Herangehensweisen:
Geometrische Integration: Durch eine clevere Formgebung kann ein Bauteil mehrere Aufgaben gleichzeitig erfüllen. Ein Beispiel wäre ein strukturelles Bauteil, das nicht nur Stabilität bietet, sondern gleichzeitig als Führung für ein anderes Element dient.
Materialintegration: Durch die Auswahl geeigneter Materialien kann ein Bauteil zusätzliche Eigenschaften erhalten. Etwa ein Kunststoff, der zugleich elektrisch isolierend und mechanisch belastbar ist.
Prozessintegration: Bestimmte Fertigungsverfahren ermöglichen es, mehrere Funktionen direkt in den Herstellungsprozess zu integrieren. Beispielsweise kann ein Spritzgussbauteil durch Mehrkomponententechnik flexible und starre Bereiche kombinieren, sodass keine zusätzlichen Dichtungen oder Gelenke erforderlich sind.
Systemintegration: Hier wird nicht nur ein einzelnes Bauteil betrachtet, sondern die gesamte Baugruppe. Funktionen, die zuvor durch mehrere separate Teile erfüllt wurden, werden in einer einzigen Lösung zusammengefasst.
Warum ist Funktionsintegration so effektiv?
Durch Funktionsintegration lassen sich zum Beispiel das Gewicht von Produkten senken, Montageschritte einsparen und die Produktleistung verbessern. Zudem ermöglicht die Funktionsintegration, die Teilanzahl zu reduzieren und damit Kosten zu sparen. Denn mit der Anzahl der Bauteile sinken auch die Gesamtkosten des Bauteils. Und die machen besonders bei kleinen Stückzahlen einen grossen Teil der Gesamtkosten aus.
Funktionsintegration in Ihrem Projekt? Wir beraten Sie gerne!
Möchten Sie mehr über Funktionsintegration erfahren? Oder arbeiten Sie an einem konkreten Projekt, bei dem Sie Kosten reduzieren möchten? Kontaktieren Sie uns für eine individuelle Beratung!
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Additive Fertigungsverfahren und ihre Rolle in der Funktionsintegration
Bei der Umsetzung der Funktionsintegration helfen uns zum Beispiel additive Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck. Sie bieten ideale Voraussetzungen für die Funktionsintegration, da sie im Gegensatz zu herkömmlichen Fertigungsmethoden nahezu unbegrenzte gestalterische Freiheiten ermöglichen.
Doch was genau bedeutet «additiv»? Im Grunde funktioniert diese Technik ähnlich wie das Bauen mit Lego: Statt Material durch Fräsen oder Bohren zu entfernen, trägt der 3D-Drucker es Schicht für Schicht auf, bis das gewünschte Bauteil entsteht. Diese Vorgehensweise erlaubt es, komplexe Geometrien und Strukturen zu realisieren, die mit konventionellen Methoden nur schwer oder gar nicht herstellbar wären.
Gerade bei der Funktionsintegration hat diese Bauweise grosse Vorteile. Während wir mit klassischen Herstellungsverfahren oft mehrere einzelne Teile fertigen und anschliessend zusammenfügen müssen, können wir mit dem 3D-Druck mehrere Funktionen direkt in ein einziges Bauteil integrieren. Ein Bauteil kann beispielsweise gleichzeitig als tragende Struktur, Kabelhalterung und Lüftungskanal dienen – ohne dass zusätzliche Montageschritte oder Verbindungselemente nötig sind.
Ein Praxisbeispiel
Bei diesem Beispiel war das Ziel, mit Hilfe der Schwerkraft ein Stromkabel zu spannen und dabei zu verhindern, dass es sich verdreht oder schwingt.
Der erste Entwurf: eine Seilrolle. Der Konstrukteur setzt ein, was er kennt. Einige erste Skizzen helfen dabei, die benötigten Teile zu identifizieren.
So reduzieren wir Bauteile und Kosten mit Funktionsintegration
Um die Kosten zu reduzieren, stellten wir uns die Frage, welche Teile die Kosten in die Höhe treiben? Ein schnelles Modell im CAD war Grundlage für die Kostenschätzung, Online-Tools halfen bei der Schätzung. Die Kostentreiber? Montagezeit, Logistik, Seitenbleche, Rolle und Bolzen.
Unsere Idee: Wir produzieren Rolle und Gehäuse ineinander, sparen uns so die Montage und machen aus sechs Bauteilen zwei.
Rolle und Gehäuse des Ergebnisses werden zusammen per Multi-Jet-Fusion-Druckverfahren produziert. Schrauben und die Montage entfallen komplett, wir benötigen weniger Lieferanten, haben massiv geringere Lagerkosten und weniger Prozessschritte.
Durch die Funktionsintegration konnten wir also sechs Bauteile auf zwei reduzieren und die Kosten des einzelnen Bauteils halbieren.