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morphologischer Kasten

1) Einleitung
2) Entscheidungsfindung nach Baugruppen
2.1) Schneckenverbindung
2.1.1) Funktionsstruktur Schneckenverbindung
2.1.2) morphologischer Kasten Schneckenverbindung
2.1.3) Bewertungskriterien Schneckenverbindung
2.1.2) Wertigkeiten Bewertungskriterien Schneckenverbindung
2.1.5) Lösungsbewertung Schneckenverbindung
2.1.6) Gesamtwertung Schneckenverbindung
2.2) Schneckenarretierung
2.2.1) Funktionsstruktur Schneckenarretierung
2.2.2) morphologischer Kasten Schneckenarretierung
2.2.3) Bewertungskriterien Schneckenarretierung
2.2.4) Wertigkeiten Bewertungskriterien Schneckenarretierung
2.2.5) Lösungsbewertung Schneckenarretierung
2.2.6) Gesamtwertung Schneckenarretierung
2.3) Schneckenantrieb
2.3.1) Funktionsstruktur Schneckenantrieb
2.3.2) morphologischer Kasten Schneckenantrieb
2.3.3) Bewertungskriterien Schneckenantrieb
2.3.4) Wertigkeiten Bewertungskriterien Schneckenantrieb
2.3.5) Lösungsbewertung Schneckenantrieb
2.3.6) Gesamtwertung Schneckenantrieb
2.4) Hüllrohrantrieb
2.4.1) Funktionsstruktur Hüllrohrantrieb
2.4.2) morphologischer Kasten Hüllrohrantrieb
2.4.3) Bewertungskriterien Hüllrohrantrieb
2.4.4) Wertigkeiten Bewertungskriterien Hüllrohrantrieb
2.4.5) Lösungsbewertung Hüllrohrantrieb
2.4.6) Gesamtwertung Hüllrohrantrieb
2.5) Bohrkopf
2.5.1) Funktionsstruktur Bohrkopf
2.5.2) morphologischer Kasten Bohrkopf
2.5.3) Bewertungskriterien Bohrkopf
2.5.4) Wertigkeiten Bewertungskriterien Bohrkopf
2.5.5) Lösungsbewertung Bohrkopf
2.5.6) Gesamtwertung Bohrkopf
3) Ideensammlung
4) Vorgaben externer Hersteller
5) Prüfung des Gesamtkonzeptes

Morphologische Kästen in der Konstruktion dienen unter Anderem der über Intuition hinausgehenden Lösungsfindung. Desweiteren ermöglichen diese eine nachvollziebare Dokumentation von Entscheidungen. Dieser Artikel ist einzig zur Inspiration gedacht. Da die Lösungsvorschläge ohne genaue Kenntnis angewandter Methoden erstellt wurden, gibt es entsprechend viele out of the box Vorschläge.



Funktionsstruktur Schneckenverbindung
Stoffflüsse werden mit doppelten, Energie- oder Kraftwege mit durchgezogenen und Informationsflüsse mit gestrichelten Pfeilen dargestellt.

morphologischer Kasten Schneckenverbindung

Kriterium	Beschreibung
Realisierbarkeit	Es soll entschieden werden, ob die Verbindung mit den gegebenen Mitteln überhaupt realisiert werden kann.
Sicherheit gegen ungewolltes Lösen	Der Verlust der Schnecken soll unbedingt vermieden werden.
Sicherheitsbeiwert Längskraft	Es soll die Möglichkeit geprüft werden eine Längskraft zu übertragen die annähernd der der Rohre selbst entspricht.
Sicherheitsbeiwert Moment	Das übertragbare Moment soll dem übertragbaren Moment des Rohres entsprechen.
Automatisierbarkeit	Es soll der Aufwand zum automatischen Entriegeln bewertet werden.
Stofffluss	Hier soll untersucht werden wie die Verbindung durch ihre Geometrie die Bewegung des Förderhilfsmittels im Inneren und die der Erde auf der Schnecke negativ beeinflusst.
Fertigungsaufwand	Der Fertigungsaufwand soll aus dem Entscheidungskriterium der Realisierbarkeit ausgenommen und separat betrachtet werden. Eine besonders gute Verbindung soll durch eventuellen hohen Fertigungsaufwand nicht mit mangelnder Realisierbarkeit begründet verworfen werden.
Entriegelngssicherheit	Die Entriegelungssicherheit ist ein getrennt betrachtetes Kriterium auf Sicherheit gegen Lösen der Verbindung und Automatisierbarkeit. Es soll entschieden werden, wie stark die Verlustsicherheit sich z.B. durch Reibung auf die Automatisierbarkeit auswirkt.
Möglichkeit der Querschnittsveränderung	Hier soll geprüft werden, ob eine nachträgliche Erhöhung der Anzahl der Schneckenteilstücke und damit der Verlängerung der gesamten Schnecke durch eine Querschnittsveränderung der zusätzlichen Teilstücke, was eine geringere Masse pro Teilstück bedeutet, ermöglicht.
Möglichkeit der Schneckenarretierung	Hier soll entschieden werden, ob die Verbindung eine Schneckenabfangsfunktion negativ beeinträchtigt oder nicht.

Bewertungskriterien Schneckenverbindung

Kriterium	Wertigkeit
Realisierbarkeit	0,20
Sicherheit gegen ungewolltes Lösen	0,20
Sicherheitsbeiwert Längskraft	0,15
Sicherheitsbeiwert Moment	0,15
Automatisierbarkeit	0,10
Stofffluss	0,09
Fertigungsaufwand	0,05
Entriegelungssicherheit	0,03
Möglichkeit der Querschnittsveränderung	0,02
Möglichkeit der Schneckenarretierung	0,01

Wertigkeiten Bewertungskriterien Schneckenverbindung

Variante	1.1	1.2	1.3	1.4	2.1	2.2	2.3	2.4
Realisierbarkeit	0	3	2	3	4	2	4	2
Sicherheit gegen ungewolltes Lösen	1	2	3	4	2	0	2	2
Sicherheitsbeiwert Längskraft	2	3	3	3	3	0	3	2
Sicherheitsbeiwert Moment	2	2	3	3	3	4	3	2
Automatisierbarkeit	2	3	3	3	0	0	0	4
Stofffluss	1	3	3	1	3	0	0	4
Fertigungsaufwand	0	4	2	2	4	1	4	0
Entriegelungssicherheit	0	3	4	3	0	0	0	4
Möglichkeit der Querschnittsveränderung	3	3	3	3	2	0	2	0
Möglichkeit der Schneckenarretierung	3	4	3	3	2	4	4	2

Lösungsbewertung Schneckenverbindung

Variante	1.1	1.2	1.3	1.4	2.1	2.2	2.3	2.4
Bewertung	1,18	2,71	2,78	2,97	2,63	1,09	2,38	1,09

Gesamtwertung Schneckenverbindung


Funktionsstruktur Schneckenarretierung


morphologischer Kasten Schneckenarretierung

Kriterium	Beschreibung
Realisierbarkeit	Es soll entschieden werden, ob die Arretierung mit den gegebenen Mitteln überhaupt realisiert werden kann.
Sicherheit gegen ungewolltes Lösen	Der Verlust der Schnecken soll unbedingt vermieden werden.
Sicherheitsbeiwert Gewichtskraft	Es soll geschätzt werden, ob die beweglichen Teile die Schnecke tragen können.
Sicherheitsbeiwert Moment	Es soll eingeschätzt werden, ob das durch das Lösen des Bajonettes entstehende Moment die Arretierung beeinträchtigt.
Einfachheit der Bewegungen	Es sollen möglichst wenige Bewegungen nötig sein.
Zuverlässigkeit der Arretierung	Es soll entschieden werden wie zuverlässig die Methode auf Dauer ist.
Fertigungsaufwand	Der Fertigungsaufwand soll aus dem Entscheidungskriterium der Realisierbarkeit ausgenommen und separat betrachtet werden. Eine besonders gute Arretierung soll durch eventuellen hohen Fertigungsaufwand nicht mit mangelnder Realisierbarkeit begründet verworfen werden.
Einfluss auf den Stofffluss	Hier soll eingeschätzt werden wie sich die Schneckenseitige Verbindungsstelle auf den Stofffluss auswirkt.
Zuverlässigkeit der Reinigung	Es soll die Reinigungsmethode bewertet werden.
Anzahl der Steuerungsarten	Hier wird die Notwendigkeit der Pressluft oder des Wassers negativ in die Bewertung aufgenommen, da diese zusätzliche Versorgungen erfordern.

Bewertungskriterien Schneckenarretierung

Kriterium	Wertigkeit
Realisierbarkeit	0,21
Sicherheit gegen ungewolltes Lösen	0,19
Sicherheitsbeiwert Gewichtskraft	0,16
Sicherheitsbeiwert Moment	0,12
Einfachheit der Bewegungen	0,12
Zuverlässigkeit der Arretierung	0,09
Fertigungsaufwand	0,05
Einfluss auf den Stofffluss	0,03
Zuverlässigkeit der Reinigung	0,02
Anzahl der Steuerungsarten	0,01

Wertigkeiten Bewertungskriterien Schneckenarretierung

Variante	1	2	3	4
Realisierbarkeit	2	3	0	3
Sicherheit gegen ungewolltes Lösen	2	4	1	0
Sicherheitsbeiwert Gewichtskraft	4	4	1	3
Sicherheitsbeiwert Moment	4	4	4	1
Einfachheit der Bewegungen	3	4	2	1
Zuverlässigkeit der Arretierung	2	3	1	0
Fertigungsaufwand	4	3	3	3
Einfluss auf den Stofffluss	3	1	4	1
Zuverlässigkeit der Reinigung	1	4	4	4
Anzahl der Steuerungsarten	4	0	1	2

Lösungsbewertung Schneckenarretierung

Variante	1	2	3	4
Bewertung	2,81	3,52	1,52	1,63

Gesamtwertung Schneckenarretierung


Funktionsstruktur Schneckenantrieb


morphologischer Kasten Schneckenantrieb

Kriterium	Beschreibung
Realisierbarkeit	Es soll entschieden werden, ob der Schneckenantrieb mit den gegebenen Mitteln überhaupt realisiert werden kann.
Einfluss auf die Turmhöhe	Die Methode soll der Anforderung einer kleinen Gesamthöhe des Turmes unbedingt gerecht werden.
Kosten	Hier sollen enorm teure Bauelemente negativ in die Bewertung eingehen.
Einfachheit	Eine besonders einfache Lösungsvariante ist am besten.
Realisierbarkeit von Richtungswechseln	Hier soll entschieden werden, wie gut sich die Variante auf Richtungswechsel in der Linearführung einstellen kann. Dazu gehört auch die Möglichkeit eine Kraftmessung zu realisieren, was einen definierbaren Schlupf voraussetzt.
Realisierbarkeit der Momentübertragung	Hier soll geprüft werden, ob die Momentübertragung die auftretenden Kräfte aufnehmen kann.
Zuverlässigkeit der Linearführung	Dazu gehört auch die Bewertung über die Anfälligkeit gegenüber Verunreinigungen.
Sicherheit der Anwender	Die Unfallgefahr soll hier eingeschätzt und negativ bewertet werden.
Fertigungsaufwand	Der Fertigungsaufwand soll separat betrachtet werden und nicht mit in die Entscheidung über die Realisierbarkeit mit einfließen, weil ein besonders guter Antrieb nicht wegen etwas höherem Fertigungsaufwand verworfen werden voll.
Reinigungsaufwand	Neben den bereits in die wichtigeren Kriterien eingeflossenen Verunreinigungen soll hier die Möglichkeit der Beseitigung dieser bewertet werden.

Bewertungskriterien Schneckenantrieb

Kriterium	Wertigkeit
Realisierbarkeit	0,28
Einfluss auf die Turmhöhe	0,28
Kosten	0,15
Einfachheit	0,15
Realisierbarkeit von Richtungswechseln	0,03
Realisierbarkeit der Momentübertragung	0,03
Zuverlässigkeit der Linearführung	0,03
Sicherheit der Anwender	0,02
Fertigungsaufwand	0,02
Reinigungsaufwand	0,01

Wertigkeiten Bewertungskriterien Schneckenantrieb

Variante	1	2	3	4
Realisierbarkeit	4	2	0	1
Einfluss auf die Turmhöhe	4	4	2	2
Kosten	3	1	2	0
Einfachheit	1	3	3	3
Realisierbarkeit von Richtungswechseln	1	4	4	1
Realisierbarkeit der Momentübertragung	2	2	3	4
Zuverlässigkeit der Linearführung	4	4	4	1
Sicherheit der Anwender	2	3	3	3
Fertigungsaufwand	4	1	0	2
Reinigungsaufwand	2	2	3	4

Lösungsbewertung Schneckenantrieb

Variante	1	2	3	4
Bewertung	3,19	2,68	1,73	1,61

Gesamtwertung Schneckenantrieb


Funktionsstruktur Hüllrohrantrieb


morphologischer Kasten Hüllrohrantrieb

Kriterium	Wertigkeit
Realisierbarkeit	Es soll entschieden werden, ob der Hüllrohrantrieb mit den gegebenen Mitteln überhaupt realisiert werden kann.
Einfluss auf die Turmhöhe	Die Methode soll der Anforderung einer kleinen Gesamthöhe des Turmes unbedingt gerecht werden.
Ähnlichkeit mit Schneckenantrieb	Der Einfachheit wegen sollte das Konzept des Hüllrohrantriebesantriebes dem des Schneckenantriebes ähneln, damit es nicht zu viele verschiedene Maschinenelemente gibt. So soll die Übersichtlichkeit behalten werden und eine geringe Anzahl von verschiedenen Ersatzteilen bewahrt werden.
Kosten	Sowohl Fertigungs- als auch Betriebskosten sollten sich nicht als allzu unwirtschaftlich erweisen.
Einfachheit	Die Lösung sollte nicht zu kompliziert werden.
Richtungswechselfähigkeit	Die Kräfte und Momente welche auf das Hüllrohr ausgeübt werden müssen unbedingt umgekehrt werden können.
Zuverlässigkeit der Linearführung	Dazu gehört auch die Bewertung über die Anfälligkeit gegenüber Verunreinigungen.
Sicherheit der Anwender	Die Unfallgefahr soll hier eingeschätzt und negativ bewertet werden.
Fertigungsaufwand	Der Fertigungsaufwand soll separat betrachtet werden und nicht mit in die Entscheidung über die Realisierbarkeit mit einfließen, weil ein besonders guter Antrieb nicht wegen etwas höherem Fertigungsaufwand verworfen werden soll.
Reinigungsaufwand	Neben den bereits in die wichtigeren Kriterien eingeflossenen Verunreinigungen soll hier die Möglichkeit der Beseitigung dieser bewertet werden.

Bewertungskriterien Hüllrohrantrieb

Kriterium	Wertigkeit
Realisierbarkeit	0,25
Einfluss auf die Turmhöhe	0,24
Ähnlichkeit mit Schneckenantrieb	0,23
Kosten	0,16
Einfachheit	0,03
Richtungswechselfähigkeit	0,03
Zuverlässigkeit der Linearführung	0,02
Sicherheit der Anwender	0,02
Fertigungsaufwand	0,01
Reinigungsaufwand	0,01

Wertigkeiten Bewertungskriterien Hüllrohrantrieb

Variante	1	2	3	4
Realisierbarkeit	4	3	0	0
Einfluss auf die Turmhöhe	4	1	1	3
Ähnlichkeit mit Schneckenantrieb	4	1	1	0
Kosten	4	0	4	0
Einfachheit	0	3	4	4
Richtungswechselfähigkeit	4	2	4	3
Zuverlässigkeit der Linearführung	4	4	4	3
Sicherheit der Anwender	1	2	3	4
Fertigungsaufwand	4	3	0	0
Reinigungsaufwand	1	0	3	4

Lösungsbewertung Hüllrohrantrieb

Variante	1	2	3	4
Bewertung	3,79	1,52	1,52	1,03

Gesamtwertung Hüllrohrantrieb


Funktionsstruktur Bohrkopf


morphologischer Kasten Bohrkopf

Kriterium	Wertigkeit
Linientreue	Es soll eine Variante bevorzugt werden, welche eine gerade Bohrung ohne übermäßige Formabweichungen ermöglicht
Realisierbarkeit	Die Möglichkeit der Realisierung des vorgeschlagenen Konzeptes soll hier bewertet werden. Dazu gehören die Fertigungsmöglichkeiten und die Erfahrung in deren Anwendung. Der Fertigungsaufwand soll separat bewertet werden.
Momententstehung	Eine Lösungsvariante mit einem Moment außerhalb des Bohrungsmittelpunktes soll hier wegen der Gefahr der Formabweichung negativ bewertet werden.
Umgang mit Steinen	Steine, die von der Schnecke gefördert werden könnten, sollten auch von dem Bohrkopf gelöst werden können. Dazu gehört die Möglichkeit der Geschwindigkeitsregelung.
Stofffluss	Der Stofffluss der Erde sollte durch die verschiedenen Formelemnte nicht weiter beeinträchtigt werden, als es die Förderschnecke bereits bewirkt.
Anfälligkeit	Ein Bohrkopf sollte nicht durch ständiges Ausfallen auffallen. Sollten bereits bei der Konzeptionierung Bedenken entstehen, so sollte das Konzept negativ bewertet werden.
Ersetzbarkeit	Ersetzbare Schneiden erhöhen die Lebensdauer des Bohrkopfträgers. Sollte eine Schneide nicht ersetzbar sein, so ist zu bewerten wie hoch der Aufwand des Auftragsschweißens an der Schneide ist.
Verschleiß	Ein hoher zu erwartende Verschleiß sollte als negatives Kriterium in die Vorzugsvariantenauswahl eingehen.
Einfachheit	Eine besonders unkomplizierte Variante wird besonders gerne gesehen.
Fertigungsaufwand	Der Fertigungsaufwand soll hier von der Bewertung der Realisierbarkeit getrennt bewertet werden, damit ein sehr gutes Konzept nicht wegen hohem Fertigungsaufwand verworfen werden soll.

Bewertungskriterien Bohrkopf

Kriterium	Wertigkeit
Linientreue	0,25
Realisierbarkeit	0,24
Momententstehung	0,23
Umgang mit Steinen	0,16
Stofffluss	0,03
Anfälligkeit	0,03
Ersetzbarkeit	0,02
Verschleiß	0,02
Einfachheit	0,01
Fertigungsaufwand	0,01

Wertigkeiten Bewertungskriterien Bohrkopf

Variante	1	2	3	4
Linientreue	1	2	3	4
Realisierbarkeit	4	2	1	4
Momententstehung	0	3	4	2
Umgang mit Steinen	3	1	0	3
Stofffluss	3	2	1	3
Anfälligkeit	3	3	0	3
Ersetzbarkeit	3	2	0	2
Verschleiß	2	1	2	3
Einfachheit	4	2	0	4
Fertigungsaufwand	3	1	0	3

Lösungsbewertung Bohrkopf

Variante	1	2	3	4
Bewertung	2,04	2,07	1,98	3,25

Gesamtwertung Bohrkopf

Im brainstorming können bekannte und mögliche Lösungen erwogen werden. Mit out of the box thinking sollten auch Methoden erfasst werden, welche in bekannten Bohrverfahren keine Anwendung finden. Es gilt Vorurteile aufzulösen und bevorzugte Methoden in Frage zu stellen. Auch Ansätze welche in der Bohrtechnik keine Anwendung finden können verfolgt werden, um Vergleichsmöglichkeiten zu bilden. Freie Phantasie und Intuition sollen dem Auswahlverfahren umfangreiche Lösungsvorschläge bereiten. Folgende Grafiken stellen exemplarisch verschiedene Einzelkonzepte bildhaft dar.

Nicht nur physikalische Grenzen und Vorgaben bestimmen den Konzeptrahmen. Neben den Anforderungslisten und Wertegerechtheiten stellen auch vorgegebene Geometrien und Eigenschaften von Einkaufsteilen und -baugruppen zu befolgende Richtlinien dar. Exemplarisch folgen Abbildungen eines langsamlaufenden Drehstrommotores. Dessen Geometrie ergibt sich aus den geforderten Leistungsmerkmalen und muss entsprechend der Ausführung berücksichtigt werden. Auch auf die Konvektion der Kühlung ist Rücksicht zu nehmen.

Eine Prüfung der Gesamtkonzepte auf vollständige Erfüllung Wertegerechtheiten ist abschließend durchzuführen. Insbesondere geometrische Konflikte und Abmaße der Bohranlage können erst im Gesamtkonzept bewertet werden.

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