Leichtbau mit Design: Die optimierten Baggerarme des diesjährigen Designentwurf-Prozesses

Studium · TU Dresden · 2. August 2017 · Tina Bobbe ·
Schlagwörter: Bagger, Designentwurfsprozess, Interdisziplinär, Leichtbau

Diese Woche fand die Abschlusspräsentation der Lehrveranstaltung Designentwurfsprozess satt, die aus einer Vorlesung und einem Praktikum besteht. Ziel des Moduls ist das Kennenlernen des Designentwurfsprozesses innerhalb der Produktentwicklung mit seinen spezifischen Aufgaben, Methoden und Zielen. Während in der Vorlesung theoretisches Wissen über Produktdesign vermittelt werden, wird im Praktikum das entwerferische Handeln und das methodische Vorgehen anhand einer praxisorientierten Aufgabe selbst erlebt.

Dieses Semester sollte ein Baggerarm hinsichtlich seines Gewichtes optimiert werden. Dazu wurden die Studierenden in acht interdisziplinäre Gruppen eingeteilt, die aus Wirtschaftsingenieuren, Psychologen, Maschinenbauern und Technischen Designern bestanden. Ziel war es ein 3D-gedrucktes maßstäbliches Model des optimierten Baggerarms herzustellen und an einem Lego-Bagger auszutesten. Betreut wurde das Projekt ebenfalls interdisziplinär: Von der Professur für Fluidtechnik von Prof. Weber, der Professur für Funktionsintegrativen Leichtbau von Prof. Modler und der Juniorprofessur für Technisches Design von Jun.-Prof. Krzywinski.

In dem Prozess haben die Studierenden sich die Aufgaben je nach Fachrichtung aufgeteilt, wobei sie die Methoden dazu parallel in der Vorlesung kennengelernt haben:

Über Mind-Maps wurden zunächst mögliche Einsatzszenarien zusammengetragen. Ein Einsatzszenario wurde daraus ausgewählt, präzisiert und über Bilder und Personas veranschaulicht. Daraus wurden weitere Anforderungen an den Baggerarm abgeleitet. Im Anschluss analysierten einige Gruppen das gewählte Szenario mit einer SWOT-Analyse. Außerdem kam der Morphologische Kasten zum Einsatz um Ansätze für die technische Umsetzung zu generieren. Die entstandenen Varianten wurden im Anschluss anhand der vorher ausgearbeiteten Anforderungen bewertet und sich dann entschieden. Daraufhin wurde das technischen Konzept weiter ausgearbeitet, und parallel dazu Moodboards zur Festlegung des Designs erstellt. Dies sollte vor allem der Kommunikation der technischen Neuerungen des Arms dienen. Im Anschluss entstanden die ersten Zeichnungen und Sketches.

Um schnell diese Ideen zu überprüfen und weiterzuentwickeln, wurden die Ideen als Papiermodelle gebaut. Nach einer Zwischenpräsentation der Konzepte wurden die Papiermodelle in Iterationsschleifen weiterentwickelt und die technischen Konzepte grob vorausgelegt, sowie erste Kostenabschätzungen vorgenommen. Als nächstes wurden die weiterentwickelten Modelle ins CAD übertragen und anschließend im Makerspace der SLUB 3D-gedruckt.

Resultat des Projekts sind acht sehr unterschiedliche und spannende Baggerarmkonzepte:

Fiber Boom – das Konzept sieht einen Bagger arm vor, der vollständig aus carbonfaserverstärktem Kunstoff besteht. Dies erreicht er durch seine innere Struktur, die wie bei Kränen aus einer Art Fachwerk besteht.

XTD20 – der XTD20 kann durch zwei Teleskoparme den Umfang von sechs Baggertypen aus dem Volvo-Produktsegment abdecken und spart so Transportkosten und Anschaffungskosten ein.

Bionic – dieses Konzept konzentriert sich nur auf die Stiel des Baggerarms, da sich dort der größte Effekt durch Gewichtseinsparung erzielen lässt. Der Entwurf lehnt sich an die Elle- und Speichekinematik der Hand an und spart so einen Zylinder an dem vorderen Glied des Baggerarms ein.

Scelex concept – angelehnt an die Struktur eines Skeletts, können alle Zylinder zur Bewegung der Kinematik in den Schwerpunkt des Bagger verlagert werden. Dadurch kommt es zu einer deutlichen Gewichtseinsparung, außerdem werden die Armelemente aus kohlefaserverstärkten Kunststoff hergestellt.

Luftbalgfeder – dieses Hobby- bzw. Gartenbagger-Konzept ersetzt die herkömmlichen Hydraulikzylinder mit Luftbalgfedern, die beispielsweise bei LKWs zum Einsatz kommen. Dadurch kann eine höhere Flexibilität des Arms und eine Gewichtseinsparung generiert werden.

Volvo X 2017 – dieses futuristisch anmutende Konzept spart doppelt Gewicht ein: durch das Weglassen einer Führerkabine, da dieser Bagger nur noch per Fernsteuerung bewegt wird. Außerdem wird durch ein Dreiecksprofil der Baggerarmelemente der Werkstoffeinsatz reduziert.

Rüssel 3000 – dieses sehr flexible Konzept erweitert die Nutzbarkeit eines Baggers in engem städtischen Raum.

Volvorine – dieses Konzept reduziert das Gewicht des Baggerarms in dem Aluminium als Werkstoff eingesetzt wird sowie durch die Form der einzelnen Elemente, die sich aus der jeweiligen Biegelinie ableitet.

Alle Konzepte zeigen neuartige und out-of-the-Box-gedachte Lösungen auf. In diesem Semester haben die Studierenden nicht nur ihre Kenntnisse des Designprozesses weit vorangetrieben, sondern auch das Knowhow zur Erstellung funktionstüchtiger Modelle. Außerdem haben sie gelernt schlüssige Argumentationsketten aufzustellen, was vor allem in den Videos zusehen ist, die zu jedem Konzept gefilmt wurden.

Hier findet ihr das gelungene Video der Gruppe „Bionic“: