2 Begriffsbestimmung und Kategoriensystem
2.1 Begriffsbestimmung
Bevor eine Zuordnung der wissenschaftlichen Artikel, Zeitschriften- und Bücherrezensionen in dem Dreieck des Maschinenbaus vorgenommen werden kann, ist es wichtig, wesentliche Begriffe dieses komplexen Fachgebietes näher zu betrachten.
Das umfangreiche Gebiet des Maschinenbaus stellt sich gerade im Vergleich mit anderen Ländern differenziert dar. So wurden spätestens seit dem Ende des 19. Jahrhunderts im amerikanischen Maschinenbau die Bereiche von Konstruktion und Fertigung als Einheit gesehen, welche auf Massenproduktion ausgerichtet waren, um den rasch wachsenden und relativ einheitlichen Markt zu sättigen. Die Produkte mussten hier einfach, preisgünstig und schnell produziert werden, was das Produkt in den Mittelpunkt des Interesse gerückt hatte.
In Deutschland, wie in anderen Teilen Europas, war der Focus der Bemühungen auf die Konstruktion gerichtet. Im Gegensatz zu Amerika war der europäische Markt anspruchsvoller und erforderte Variantenreichtum. Der Grund dafür ist in den höheren Rohstoff- und Energiekosten und nicht zuletzt in den längeren Amortisationszeiten in Europa zu suchen. Daraus folgte, dass gerade Fragen wie Materialersparnis oder Haltbarkeit im Blickpunkt des Technikers lagen.[74] Ein weiterer Punkt in der Differenzierung des Maschinenbaus liegt in der Ausbildung ihrer Techniker. Stehen Amerika und Großbritannien für die sogenannte „Praxiskultur“, die Ausbildung über die Praxis, ist in Frankreich und Deutschland die „Schulkultur“ etabliert, welche die Ausbildung über verschiedene Schulsysteme realisiert.[75]
Ausgehend von dieser unterschiedlichen Wahrnehmung des Maschinenbaus, wurden die Begriffe des konstruktionsorientierten-, fertigungsorientierten und werkstofforientierten Maschinenbaus geschaffen, welche unabhängig von landestypischen Wahrnehmungen, mögliche Tendenzen in der Maschinenbauforschung im Untersuchungszeitraum aufzeigen sollten.
Die wichtigsten Fachbegriffe, welche in der Arbeit Verwendung finden, werden in einem Glossar im Anhang erläutert.
2.1.1 Konstruktion
Grob ist dieser Bereich des Maschinenbaus mit den Begriffen Entwicklung und Konstruktion zu umschreiben. Für diese Arbeit wurde dazu in Anlehnung an die VDI-Richtlinien 2221 und 2223, eine Gliederung in sieben Punkte vorgenommen (Abb. 1), welche verdeutlichen soll, wo die einzelnen Abgrenzungspunkte für die Zuweisung der Fachartikel, Zeitschriften- und Buchrezensionen für den Bereich der Konstruktion zu setzen sind.[76] Als Basis dieser Gliederung wurde die Konzipierung eines Maschinengetriebes zugrunde gelegt, jedoch ist die aufgestellte Gliederung auf fast jede andere Branche übertragbar. Lediglich kleine produktspezifische Modifikationen wären für eine Anpassung nötig.
Fortsetzung der Abb. 1 von Seite 18
Abb. 1: Vorgehensschritte bei einer Produktentwicklung
Am Ausgangspunkt der Gliederung steht die Konstruktionsaufgabe, welche unmittelbar nach ihrer Stellung eine Grobstrukturierung erhält, bei der verschiedene Anforderungen für das Produkt festgelegt werden.[77] Im nächsten Abschnitt werden die Funktionsstrukturen verortet, das heißt, verschiedene Signalabläufe werden gewählt und abgestimmt. Daran schließt sich unmittelbar die Suche nach verschiedenen Lösungsprinzipien an, z.B. das Zumtragenkommen des Hebelprinzips. Stehen diese fest, wird eruiert, welche gestalterischen Anforderungen bestehen, was beispielsweise heißt, welches Getriebe passt zu welchem Gehäuse. Die sich anschließende Phase der Grobgestaltung umfasst neben der Anordnung der einzelnen Maschinenelemente, Baugruppen etc., auch deren mathematische Auslegung und Absicherung. Letztendlich erfolgt das Gestalten des gesamten Produktes und seine Ausarbeitung in einer technischen Dokumentation.
Auf eine detaillierte Erläuterung der verschiedenen Konstruktions- und Gestaltungsmethoden wurde verzichtet, da diese jeweils von dem zu entwickelnden Produkt abhängen und den Rahmen der Arbeit sprengen würde.
2.1.2 Fertigung
Welches technische Produkt auch immer, ob Kaffeemaschine, Bügeleisen oder Kühlschrank, all diese Gebrauchsprodukte werden in einem Fertigungsprozess erzeugt. Das Produkt durchläuft dabei verschiede Etappen. Für die Fertigung bzw. Verarbeitung von Gütern in geometrisch definierter Form wurde der Begriff Fertigungstechnik geprägt.[78] Als Grundstock der Fertigungstechnik sind die Fertigungsverfahren, die Fertigungsmittel und die Fertigungsorganisation zu sehen, welche das Herzstück eines jeden produktionstechnischen Systems bilden und mittels derer die unmittelbare Werkstückbearbeitung stattfindet (Abb.2).[79]
Für einen Fertigungsprozess werden im Rahmen der Fertigungsorganisation die Fertigungsmittel und Fertigungsverfahren festgelegt, mit denen Veränderungen der Form, Position und teilweise auch der Stoffeigenschaften an Rohteilen vorgenommen werden. Die in
Gliederung der Produktionstechnik nach der Art des stofflichen Prozesses der Gütererzeugung
Abb. 2: Produktionstechnik - Modell von G. Spur [80]
den einzelnen Fertigungsprozessen zur Anwendung kommenden Fertigungsverfahren werden in verschiedene Hauptgruppen, Gruppen und Untergruppen unterteilt.[81] Jedoch wird in dieser
Arbeit nur die Betrachtung der Hauptgruppen und Gruppen eine (relevante) Rolle spielen, welche zur Sondierung der unmittelbaren Arbeitsschwerpunkte des Bereiches der Fertigung notwendig sind (Abb. 3). Hierzu ist jedoch noch zu erwähnen, dass es häufig zu Verwechselungen bzw. zur Vermischung von Aspekten der Fertigungsverfahren und denen der Verfahrenstechnik kommt. Die Verfahrenstechnik ist zwar, wie in Abb. 4 zu sehen, ein Segment in der Kette der industriellen Gütererzeugung, jedoch ein eigenes Fachgebiet, welches sich in erster Linie mit Fragen der Stoffumwandlung befasst und daher zu dem Bereich der Fertigung zu zählen ist.[82]
Dennoch kann hier noch nicht der Schlussstrich gezogen werden, denn zum Verständnis dieser Arbeit ist es notwendig, den gesamten Prozess der Gütererzeugung anzusprechen, um die Verortung der Fachartikel und Rezensionen im Dreieck des Maschinenbaus nachvollziehen zu können (Abb. 4). Daher gilt es, den Themenkomplex eines Fertigungssystems, in welchen der Fertigungsprozess eingebettet ist, näher zu beleuchten. So werden in ein Fertigungssystem neben dem zentralen Aspekt der Werkstückbearbeitung auch die unmittelbare Lagerung und der Transport des Materials sowie die Handhabung der Werkzeuge bzw. Maschinen einbezogen.
Abb. 3: Einteilung der Hauptgruppen der Fertigungsverfahren sowie ein Beispiel für eine Gruppe. [83]
Abb. 4: Prozess der Gütererzeugung - Modell von G. Spur [84]
Das heißt, dass ein Fertigungssystem entsteht, wenn ein Wirkpaar bei Zuweisung einer Fertigungsaufgabe und unter Einbeziehung der nötigen Energie-, Material- und Informationsflüsse eine Einheit bildet (Abb. 5).[85] Nach ihrer Entwicklungsstufe werden diese in handwerkliche, mechanische und automatisierte Fertigungssysteme unterteilt.[86]
Für die vorliegende Arbeit heißt das, es wurden alle Artikel, Zeitschriften- und Buchrezensionen dem Bereich der Fertigung zugeordnet, welche sich inhaltlich mit Aspekten innerhalb des Themenkomplexes eines Fertigungssystems auseinandersetzen.
2.1.3 Werkstoff
Prozesse und Produkte der Technik erfordern zur Realisierung eine geeignete materielle Basis. Besagte Basis wird zusammenfassend als Material bezeichnet und umschließt alle natürlichen sowie synthetischen Stoffe. Die Bezeichnung „Werkstoffe“ wird für Materialien mit festem Aggregatzustand verwendet, und aus ihnen werden Bauteile und Konstruktionen
Abb. 5: Modell eines Fertigungssystems – (in Anlehnung an Modell von G. Spur) [87]
hergestellt.[88] Im engen Sinn kommen für den Maschinenbau nur die Konstruktionswerkstoffe zum Tragen, welche neben den Funktionswerkstoffen eine eigene Gruppe darstellen.[89]
Werkstoffe sind Bestandteile von Gegenständen und technischen Systemen. Wird ein technisches System betrachtet, so kann dieses durch die Merkmale Struktur und Funktion gekennzeichnet werden. Entwicklung und Anwendung technischer Systeme erfordern neben der Kennzeichnung struktureller und funktioneller Eigenschaften auch Kontrollmöglichkeiten, welche über Mess- und Prüftechnik realisiert werden.[90] Darüber hinaus werden zur Auswahl wie auch zur Gestaltung von technischen Systemen...