Konstruktion Krisen in der Konstruktion clever lösen

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Der Artikel zeigt, wie Krisen im Maschinen- und Anlagenbau, ausgelöst etwa durch Konstruktionsfehler, gelöst wurden und dabei sogar noch Mehrwert generierten.

Krisen in der Konstruktion, ausgelöst beispielsweise durch Konstruktionsfehler oder auch durch unvorhergesehene Situationen, sind im Maschinen- und Anlagenbau ein bekanntes Schreckgespenst. Die wechselweise Abhängigkeit von Lieferanten und Betreibern von Maschinen und Anlagen löst bei Produktmängeln meist außerordentliche Anstrengungen der Lieferanten aus, um die Mängel zu beheben. Somit gelangen diese Ereignisse, im Gegensatz zu z.B. Rückrufaktionen in der Autobranche, kaum an die Öffentlichkeit.

Innerhalb der Spezialbranchen und in den Unternehmen findet zwischen den Fachleuten lebhafter Austausch über Konstruktionsfehler und deren Behebung statt. Auch in der Literatur wird das Thema [1] [2] behandelt. Zum Trost der Praktiker wird geschrieben, dass Krisen nie ganz zu vermeiden seien. Das wird mit z.T. eindrucksvollen Beispielen belegt.

Basierend auf Erfahrungen aus der Berufstätigkeit des Autors zeigt dieser Artikel anhand von drei Praxisbeispielen, wie Krisen bewältigt wurden. Die Beispiele sind aus ihrem komplexeren Zusammenhang herausgelöst. Im Rückblick erscheinen die Lösungen fast trivial.

• Alles Geschilderte kommt aus relativ kleinen, spezialisierten Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus.

• Wegen des zeitlichen Abstandes sind die Beschreibungen der Ereignisse eher unscharf. Dennoch enthalten alle Beispiele einen zeitlos übertragbaren Kern.

• Die Zusammenfassung der Beispiele erhebt keinen wissenschaftlichen Anspruch und bietet keine „Patentrezepte“.

Fachbereichsgrenzen überwinden

Eine Bauform eines Industrieofens war mit diversen hydraulisch betätigten Klappen ausgestattet. Um den Durchsatz des im Batchverfahren betriebenen Aggregats zu erhöhen wurde im Zuge eines neuen Auftrags vorgesehen, die Bewegungsfolge der Klappen beim Befüllen und Entleeren zu ändern. Nach Auftragserteilung bestellte der Sachbearbeiter Hydraulik wie gewohnt die Hydraulikanlage baugleich wie bei Vorgängerprojekten. Der Konstrukteur gab die Werkstattzeichnungen der Klappen, kopiert von Vorprojekten, in die Fertigung. Es stellte sich heraus, dass die neue Bewegungsfolge einen erhöhten, nicht abgedeckten, Ölverbrauch, nach sich zog. Lösungen wie z.B. der Einbau größerer Hydraulikpumpen schieden aus Termin- und Kostengründen aus.

Das seit vielen Projekten unveränderte Konzept der Klappe und deren Antrieb wurden nun genauer angeschaut. Bild 1 zeigt es: Das Klappenblatt dichtet den Ofenraum ab und hält das Produkt zurück. Nach Druckausgleich wird die Klappe mit dem Hydraulikzylinder geöffnet. Das Ergebnis: Bei der „ererbten“ Konstruktion war der Hydraulikzylinder ungünstig angebracht. Zum Anpressen des Klappenblattes arbeitete die Ringfläche des Kolbens auf Zug. Zum leichten Öffnen hingegen schob die Kolbenfläche und verbrauchte unnötig Öl.

Nach dieser Entdeckung war die Lösung schnell gefunden: Durch Tausch des Ventils konnte der Ölverbrauch für diese Bewegung halbiert werden. So stand genügend Öl für die anderen gleichzeitigen Bewegungen zur Verfügung. Der geglückte Ausweg aus dem Dilemma war, dass sich die Spezialisten gefunden, ein verstecktes Merkmal aufgedeckt und fachübergreifend genutzt hatten.

Stille Reserven erkennen und nutzen

Das zweite Beispiel dreht sich um eine neue Kreissägemaschine. Bild 2 zeigt, wie diese Maschine in einem Sägewerk nicht nur die sogenannten „Seitenbretter besäumen“, sondern auch den „Nachschnitt“ flexibel ausführen konnte. Ein Kunde der Maschinenfabrik zeigte Interesse am neuen Produkt, wünschte aber beim Nachschnitt mehr Sägeblätter bei größerer Schnitthöhe in Einsatz zu bringen. Eine Überprüfung erbrachte, dass dafür die Antriebsmotoren der Sägewellen zu schwach waren. Ein vermeintlich sicherer Auftrag drohte zu platzen.

Aus Platzgründen war der Einbau größerer Motoren nur mit erheblichen Änderungen möglich. So vertiefte man sich in die Dokumentation von Elektromotoren. Ausgelegt waren die Motoren für Nennlast bei Dauerbetrieb. Durch den Wechsel von Nachschnitt und Besäumen und die Leerlaufzeiten zum Beschicken der Hölzer mussten die Motoren lediglich etwa in einem Viertel der Zeit maximales Moment abgeben, in Dreiviertel der Zeit drehten sie nahezu im Leerlauf.

Diese, bei der Entwicklung unbekannte „stille Reserve“, ermöglichte es den gleich großen Motoren, die gewünschten ca. ein Viertel Mehrleistung abzuverlangen, ohne sie thermisch zu überlasten. Dieser und weitere Aufträge konnten abgewickelt werden. Die Krise, die hier schon in der Akquisitionsphase eintrat, konnte durch ganzheitliches Betrachten des Systems und einer Portion Glück beim Auffinden der „stillen Reserve“ beigelegt werden.

Konstruktionsmethoden

Heuristische Fallen in der Konstruktion

Schäden ernst nehmen

Eine neue Maschine zum automatischen Besäumen von Brettern wurde entwickelt. Dank seinerzeit neuartiger opto-elektronischer Messtechnik konnte eine hohe Ausnutzung der Rohhölzer erreicht werden. Prototypen gingen erfolgreich in Betrieb. Alles Neue der Entwicklung bewährte sich gut. Doch im Betrieb zeigte sich, dass die inkrementalen linearen Weggeber, die die Position der verfahrbaren Sägeblätter meldeten, dem staubigen und vibrationsreichen Betrieb nicht stand hielten. Dieser Typ Weggeber, seinerzeit war der Markt für Derartiges noch klein, war das Robusteste was erhältlich war. Die Reaktion des Lieferanten auf die Schäden war höfliches Achselzucken.

Die Krise für die Maschinenfabrik war groß, denn die Serie für die erteilten Folgeaufträge wurde gefertigt. Zum Glück ergriff ein Konstrukteur die Initiative und konzipierte ein Zahnstange-Ritzel-Getriebe, an das ein bewährter Drehgeber angebaut wurde (Bild 3). Dank frühzeitiger Absprache mit der Fabrikation, konnte der Entwurf schnell realisiert werden und nach wenigen Wochen war der tückische Schwachpunkt beseitigt. Der offenkundige Mehraufwand wurde in Kauf genommen. Die Krise wurde dadurch beseitigt, dass nicht mehr versucht wurde das untaugliche Messgerät irgendwie zu retten, sondern es so zu ersetzen, das es „inhärent“ zuverlässig war. Die Frage, die im Raum stand, war nicht „Make or buy?“ sondern „Make or die!“

Rückblick

Meilensteine für die Konstruktion

Abschluss und Zusammenfassung

Die Beispiele zeigen, dass in krisenhaften Situationen in vertretbarer Zeit Lösungen gefunden werden können, die über den Tag hinaus fortschrittlich waren. Das muss natürlich nicht immer gelingen. In den Krisen werden, im Gegensatz zum Tagesgeschäft, Faktoren erhöht wirksam, die helfen, Lösungen zu finden und auch durchzusetzen:

• Das Problem ist nicht in technischen Unterlagen versteckt, sondern zeigt sich im Betrieb unverhüllt am realisierten technischen Produkt.

• Der verantwortliche Konstrukteur wird gezwungen vom „Normalbetrieb“ in den „Rationalbetrieb“ zu wechseln, wie es in [1] dargelegt ist.

• Die Schwellen der Arroganz wie „Not invented here“ und „Throw over the wall“ [1] müssen gesenkt werden.

• Trotz hohem Termindruck wurden bei den Beispielen 1 und 2 kostensparende Lösungen gefunden. Die höheren Aufwendungen bei den Weggebern im dritten Fall wurden durch die entfallenden Reklamationskosten mehr als wett gemacht.

• In der Krise scheinen die Lösungsmöglichkeiten auf den ersten Blick stark eingeschränkt zu sein. Die Beispiele zeigen hingegen, dass in Krisen versteckte „stille Reserven“ aufgedeckt werden können, die den „Lösungsfreiraum“ [1] überraschend erweitern.

Schlussendlich gibt es noch anzumerken, dass die in den Krisen erarbeiteten Lösungen bei allen drei Praxisbeispielen für die Unternehmen einen Zuwachs an explizitem und implizitem Wissen darstellten [3]. Da Krisen auch immer mit einer „Story“ verbunden sind, bleiben diese im kollektiven Gedächtnis der Unternehmen eher verankert.

Literatur

[1] K.Ehrlenspiel, H.Meerkamm; Integrierte Produktentwicklung ; 6.überarbeitete und erweiterte Auflage 2017

[2] U. Lindemann; Methodische Entwicklung technischer Produkte; 3. Korrigierte Auflage 2009

[3] VDI Richtline 5610 Teil 1; Wissensmanagement im Ingenieurwesen, Grundlagen, Konzepte, Vorgehen.

* Andreas Loebner, freier Autor, Bern

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