Innovations-Software ermöglicht: Erfinden mittels Computer

Schlagende Verbindung

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In der Forschungs- und Entwicklungsabteilung eines bekannten Herstellers von Steckverbindungen herrscht Ratlosigkeit. Die Anschlußpins eines Steckers für die Leiterplattenmontage sind zu dünn, um einen guten Kontakt mit der Platine sicherzustellen. Pins mit größerem Durchmesser verformen sich jedoch beim Montagevorgang.

Der Autor dieses Beitrages Johannes Werther ist Geschäftsführer der Invention Machine Germany GmbH, Ingolstadt

Fallstudie Stecker-entwicklung
Bisher war die weltweit erfolgreiche Steckverbinderserie des Anbieters ausschließlich für Kabelverbindungen eingesetzt worden, doch jetzt verlangt der Markt auch nach Versionen für die Leiterplattenmontage. Das vorhandene, starre Kontaktteil, welches durch Löten oder Crimpen mit einem Anschlußdraht verbunden wird, eignet sich jedoch nicht für den Leiterplattenanschluß. Ein neues Verbindungselement muß her.
Graphik
Dieses Dilemma, daß sich mit Verbesserung eines Parameters ein anderer automatisch verschlechtert, ist als klassischer Widerspruch eine typische Ausgangssituation für das Erfinden einer „neuen Lösung, denn ein „Kompromiß“ hilft im geschilderten Fall.
Auflösung des klassischen Widerspruchs
Der russische Wissenschaftler Genrich Altshuller untersuchte bereits kurz nach dem zweiten Weltkrieg den Prozeß, wie Erfindungen gemacht werden und suchte nach einer Methode, die die Produkterfindung von einem Zufallsprozeß in eine exakte Wissenschaft umwandeln sollte Durch die systematische Analyse von Millionen bestehender Patente machte er die Erfahrung, daß ein verhältnismäßig großer Teil von Erfindungen und Patenten tatsächlich nur Verbesserungen oder Variationen von bestehenden Lösungen darstellen. Dieser naheliegende Lösungsansatz versagt jedoch bei Widersprüchen. Der entscheidende und interessante Teil der Patente beruht auf wirklich innovativen neuen Erfindungen, die klassische Widersprüche auflösen.
Altshuller kam durch Abstraktion zu dem überraschenden Ergebnis, daß Produktentwickler aus den unterschiedlichsten technologischen Fachbereichen oft dieselben grundlegenden Prinzipien anwenden, um zu ihren jeweiligen und sehr speziellen Lösungen zu gelangen.
Millionen Patente – 88 Effekte
Taucht ein klassischer Widerspruch auf, besteht die herkömmliche Vorgehensweise oftmals darin, einen akzeptablen Kompromiß zu finden, der die einander widersprechenden Faktoren auf einen gemeinsamen Nenner bringt. Der Preis für einen solchen Kompromiß ist natürlich eine nicht optimale Lösung, da der Widerspruch nicht grundsätzlich aufgehoben wird, sondern sogar konserviert wird. Besser als ein Kompromiß, wäre natürlich ein völlig neuer Ansatz, der gleichzeitig beide Parameter verbessern würde. Um dieses Ziel zu erreichen, hat Altshuller eine Matrix zur Eliminierung von Widersprüchen erstellt. Sie zeigt eine Auflistung von Parametern, die man typischerweise verbessern will und zwar in Abhängigkeit von den Faktoren, die sich später in Reaktion darauf verschlechtern. Für jeden dieser Widersprüche hält die Matrix Lösungen bereit, die auf den abstrakten Prinzipien aus der Patentanalyse basieren.
Widerspruchslösung kontra Kompromiß-suche
Altshullers Prinzipien und systematischer Ansatz wurden von Wissenschaftlerkollegen weiter fortgeführt und mündeten in die Entwicklung fertig nutzbarer Anwendungen. Die Software „TechOptimizer Professional Edition“ von Invention Machine steht in direkter Verbindung zur vorgestellten Pionierarbeit und stellt ein praktikables Hilfsmittel dar, Widersprüche bei der Produktentwicklung innovativ zu lösen. Das frei erwerbliche Softwarepaket ist mit der umfangreichen Wissensdatenbank „IM Phenomenon“ kombiniert und zu einem sehr benutzerfreundlichen Anwendungspaket verbunden. In der Liste sind die Vorschläge (Prinzipien) fett hervorgehoben, die sich für die Lösung dieses speziellen Problems im konkreten Fall letztendlich als am geeignetsten erwiesen haben (siehe Kasten rechts). Sie müssen zunächst alle eingehend studiert werden, bevor man eine Auswahl trifft.
Natürlich kann die Software nicht mit einer fertigen, detaillierten Lösung aufwarten, die speziell auf den vorliegenden Problemfall zugeschnitten ist. Aus den Vorschlägen, die das Programm macht, lassen sich aber entscheidende Denkanstöße gewinnen, um eine Vielzahl neuer Ansätze zu generieren.
„Widerhaken sind die Lösung“
Die vorgeschlagene Lösung ist, den elektrischen Kontakt durch einen horizontal verlängerten Anschlußkontakt zu gewährleisten, der über ein Endkontaktteil für den Einsatz mit konventionellen Steckverbindergehäusen verfügt.
Dieser horizontal verlängerte Anschlußkontakt verfügt über eine Anzahl kleiner Widerhaken, die für punktuellen Reibungskontakt mit der Leiterplatte sorgen. Erreicht wird dieser Kontakt dadurch, daß der resultierende Durchmesser jedes der einander gegenüberliegenden Widerhaken-Paare geringfügig größer gewählt wird als der Durchmesser der passenden Aufnahmebohrung in der Leiterplatte.
Genau dieser geschilderte Ansatz kam zur erfolgreichen Patentanmeldung, das resultierende Patent wurde als US-Patent Nummer 5.458.510 am 17. Oktober 1995 erteilt und seitdem äußerst erfolgreich und gewinnbringend vom Unternehmen eingesetzt.
Innovationssoftware Techoptimizer
Mit dem im Vorspann erwähnten klassischen Widerspruchsproblem werden in der Produktentwicklung tätige Ingenieure täglich konfrontiert. Was ist zu tun? Zur Lösung des Problems kommt „TechOptimizer“ der Invention Machine GmbH zum Einsatz: Eine Innovations-Software, die mittels eines systematisch geführten Erfindungsprozesses eine Vielzahl von neuartigen und problemspezifischen Lösungsansätzen hervorbringt.
Ausführliche Informationen
Techoptimizer
KEM 680
Datenbank
Phenomenon
KEM 607
Internet
Problemdefinition vor Problemlösung
Im konkreten Fall schlägt die Software vor, folgende Prinzipien zu nutzen und als Ansätze weiterzuverfolgen:
1. „Änderungen von Parametern“:
– Ändern des Aggregatzustands eines Objekts (z.B. Überführen in gasförmige. flüssige oder feste Form)
– Ändern der Konzentration oder Konsistenz
– Ändern des Flexibilitätsgrads
– Ändern der Temperatur
2. „Asymmetrie“:
– Ändern der Objektform von symmetrisch zu asymmetrisch
– Falls ein Objekt asymmetrisch ist, Erhöhen des Assymetriegrads
3. „Dynamik“:
n Zulassen (oder bestimmen), daß die Charakteristiken eines Objekts, einer externen Umgebung oder eines Prozesses sich so verändern, daß sie optimal sind, oder eine optimale Betriebsbedingung finden
n Zerlegen eines Objekts in Einzelteile, die Relativ-bewegungen zueinander zulassen
n Falls ein Objekt (oder Prozeß) starr oder unflexibel ist, dieses beweglich oder anpassungsfähig machen
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