Montagegerechte Konstruktion (DFA)

Montagegerechte Konstruktion (DFA, Design for Assembly) ist ein Ansatz der Produktgestaltung, der von Anfang an berücksichtigt, wie das Produkt montiert wird. Ziel sind weniger Teile und Verbindungselemente sowie Teile, die sich leicht greifen, richtig ausrichten, einsetzen und verbinden lassen, von Hand wie automatisiert. Zusammen mit der fertigungsgerechten Konstruktion (DFM) bildet sie den Ansatz DFMA (Design for Manufacturing and Assembly).

Die bekannteste Methode, entwickelt von Boothroyd und Dewhurst, bewertet jedes Teil mit drei Fragen. Bewegt sich das Teil im Betrieb relativ zu den übrigen Teilen? Muss es aus einem anderen Werkstoff bestehen oder von ihnen isoliert sein? Muss es separat sein, weil sich sonst die übrigen Teile nicht montieren oder demontieren lassen? Lautet die Antwort dreimal nein, lässt sich das Teil voraussichtlich mit einem Nachbarteil zusammenfassen oder ganz einsparen. So ergibt sich die theoretische Mindestteilezahl, mit der die tatsächliche Konstruktion und die geschätzte Montagezeit verglichen werden.

Zu den typischen Regeln gehört die Montage aus einer Richtung, am besten von oben auf ein Basisteil, das zugleich als Vorrichtung dient. Fasen und Einführschrägen führen die Teile beim Fügen. Teile sind entweder symmetrisch oder deutlich unsymmetrisch, damit sie sich nicht falsch einsetzen lassen (Poka-Yoke). Die Konstruktion kommt mit möglichst wenigen Schraubentypen und Kopfformen aus, und wo ein Teil nicht demontiert werden muss, ersetzen Schnappverbindungen die Schrauben. Biegeschlaffe Teile (Kabel, Schläuche) werden begrenzt, weil sie sich langsam und unzuverlässig montieren lassen.

Bei automatisierter Montage sind die Anforderungen strenger: Die Teile müssen sich in Zuführeinrichtungen ordnen lassen, dürfen sich nicht ineinander verhaken und brauchen eindeutige Greifflächen. Auch Toleranzen spielen hinein: Die Maßkette muss die Montage selbst bei ungünstigster Maßkombination ohne Nacharbeit ermöglichen.

DFA bringt am meisten vor dem Einfrieren der Konstruktion und der Werkzeugbestellung, vor allem bei Produkten mit manueller Montage in Serien ab einigen hundert Stück, bei denen sich jeder eingesparte Arbeitsgang mit der Stückzahl vervielfacht, und bei Produkten für die automatische Montage. Sie lohnt sich auch bei kleineren Serien und komplexen Maschinen, denn eine einfache Montage senkt die Fehlerquote, verkürzt die Einarbeitung der Monteure und erleichtert den Service.

Bei bestehenden Produkten bietet sich DFA beim Redesign oder zur Kostensenkung an. Die Analyse der vorhandenen Baugruppe (was sich zusammenfassen lässt, welche Verbindungselemente überflüssig sind, wo der Monteur zögert) deckt oft Einsparungen auf, ohne die Funktion zu ändern.

Das Zusammenfassen von Teilen hat seinen Preis. Ein komplexes Teil statt drei einfacher kann ein teureres Werkzeug mit Schiebern, längere Bearbeitungszeiten oder eine schlechtere Prüfbarkeit bedeuten. Vergleichen Sie die Einsparung in der Montage daher immer mit den Mehrkosten in Fertigung und Investition, deshalb werden DFA und DFM gemeinsam bewertet. Ebenso beschleunigt eine Schnappverbindung die Montage, kann aber Reparatur, Batteriewechsel oder Recycling unmöglich machen.

Oft vergessen werden Kabel, Schläuche, Klebstoffe, Schmierstoffe und Etiketten, die im CAD-Modell fehlen, die Montage aber deutlich verlängern. Schätzen Sie die Montage nicht nur am Schreibtisch: Lassen Sie einen Prototyp von jemandem montieren, der die Konstruktion nicht kennt, messen Sie die Zeit und notieren Sie jedes Zögern, jedes nötige Festhalten eines Teils und jedes Sonderwerkzeug. Stimmen Sie den Entwurf vor der Zeichnungsfreigabe mit Montage und Service ab.