Prompt-to-Product-Ansatz Die Kinematik bei der Produktentwicklung im Fokus

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Wenn sich Anforderungen im Produktentwicklungsprozess laufend verändern, geraten klassische Entwicklungsabläufe an ihre Grenzen. Ein Projekt zur Entwicklung industrieller Inspektionsdrohnen zeigt, wie sich mechanische Systeme flexibler und effizienter realisieren lassen: durch den Prompt-to-Product-Ansatz und eine kinematische Entwicklungsmethodik.

Mechanische Produktentwicklung folgt im klassischen Maschinenbau meist einem sequenziellen Prinzip: Anforderungen werden definiert, Konstruktionen ausgearbeitet, Komponenten dimensioniert und anschließend schrittweise optimiert. Dieses Vorgehen funktioniert zuverlässig – solange die Randbedingungen stabil bleiben. In dynamischen Entwicklungsprojekten stößt dieses Prinzip jedoch zunehmend an Grenzen. Gerade bei komplexen Bewegungssystemen ändern sich Lasten, Geometrien, Integrationsräume oder Funktionsanforderungen häufig bereits während der laufenden Entwicklung. Die Folge sind umfangreiche Iterationen, hohe Abstimmungsaufwände und teilweise komplette Neukonstruktionen.

Genau hier setzt der Prompt-to-Product-Ansatz an. Der Ansatz basiert darauf, mechanische Entwicklung nicht primär über bestehende Bauteile oder Konstruktionen zu starten, sondern direkt über den funktionalen Bedarf. Ausgangspunkt ist dabei zunächst die gewünschte Bewegung oder Funktion – etwa öffnen, falten, verriegeln, führen oder heben. Die technische Lösung wird anschließend über eine systematische kinematische Analyse und Synthese abgeleitet.

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Kinematik übernimmt dabei eine zentrale Rolle. Denn nahezu jede mechanische Funktion basiert letztlich auf definierten Bewegungsabläufen, Kraftverläufen und Bewegungsbeziehungen. Statt frühzeitig einzelne Bauteile festzulegen, wird zunächst die Bewegungslogik des Systems entwickelt. Dadurch entstehen größere Freiheitsgrade in der Lösungsfindung und eine deutlich höhere Anpassungsfähigkeit bei sich verändernden Anforderungen. Wie dieser Ansatz in der Praxis funktioniert, zeigt ein aktuelles Entwicklungsprojekt aus dem Bereich industrieller Inspektionsdrohnen.

Ausgangssituation: Kompakt transportierbar, stabil im Flug

Ein europäischer Hersteller solcher Drohnensysteme entwickelte eine neue modulare Plattform für Inspektionsaufgaben an Energieanlagen, Industrieinfrastruktur und schwer zugänglichen technischen Einrichtungen. Ziel war eine Drohne, die sich möglichst kompakt transportieren lässt und gleichzeitig im Flugzustand eine deutlich höhere strukturelle Stabilität erreicht als bisherige Systeme. Besonders kritisch war dabei die Mechanik der Rotorarme. Diese sollten sich für den Transport und das Handling platzsparend einklappen lassen, im Betrieb jedoch automatisch verriegeln und eine hochsteife, vibrationsarme Struktur bilden.

Genau darin lag der eigentliche Zielkonflikt des Projekts: Konventionelle Gelenklösungen ermöglichten zwar kompakte Faltbewegungen, erreichten jedoch nicht die notwendige Stabilität im Flugzustand. Andere Konzepte verbesserten die Steifigkeit, führten jedoch zu größerem Bauraumbedarf, höherer mechanischer Komplexität oder aufwendigen Justageprozessen.

Zusätzlich befand sich die gesamte Drohnenplattform noch in einer frühen Entwicklungsphase. Bereits während des Projekts änderten sich mehrfach Motorleistungen, Propellergrößen, Lastannahmen und Transportvorgaben. In klassischen Entwicklungsprozessen führen solche Änderungen oft dazu, dass bestehende Konstruktionen erneut grundlegend überarbeitet werden müssen.

Einstieg über den funktionalen Bedarf

Der Projektstart erfolgte deshalb bewusst nicht über eine fertige Konstruktion, sondern direkt über die funktionale Aufgabenbeschreibung innerhalb des Prompt-to-Product-Prozesses. Die zentrale Anforderung lautete: „Gesucht wird eine faltbare Rotorarm-Mechanik, die sich kompakt verstauen lässt und im Flugzustand automatisch stabil verriegelt.“

Diese Form der Bedarfserfassung bildet den Ausgangspunkt des Prompt-to-Product-Ansatzes. Statt zunächst technische Lösungen vorzugeben, wird zunächst die gewünschte Funktion beschrieben. Daraus erfolgt anschließend die strukturierte Ableitung möglicher kinematischer Systeme.

Innerhalb von 24 Stunden wurde bereits ein erster Machbarkeitscheck durchgeführt. Dabei analysierte das Entwicklungsteam zentrale technische Parameter wie Rotordurchmesser, Lastfälle, Massen, Anforderungen an die Torsionssteifigkeit, Transportabmessungen sowie Montage- und Wartungsbedingungen. Parallel dazu erfolgte eine systematische kinematische Bewertung möglicher Bewegungsprinzipien. Es sollte nicht nur eine funktionierende Mechanik entwickelt, sondern eine robuste Bewegungslogik zu identifiziert werden, die auch spätere Änderungen innerhalb des Projekts aufnehmen kann.

Bereits in dieser frühen Phase zeigte sich: eine reine Einzelgelenk-Lösung würde die Anforderungen nicht erfüllen.

Kinematische Analyse und Synthese als Entwicklungsgrundlage

Im nächsten Schritt wurde deshalb ein hybrides kinematisches Konzept entwickelt, das zwei Bewegungsprinzipien miteinander kombiniert: eine geführte Scherenkinematik für die definierte Faltbewegung sowie eine formschlüssige Verriegelungsmechanik zur Stabilisierung im ausgeklappten Zustand. Entscheidend war dabei weniger das einzelne Bauteil als vielmehr die zugrunde liegende Bewegungslogik des Gesamtsystems.

Genau hier unterscheidet sich der Prompt-to-Product-Ansatz von klassischen Entwicklungsprozessen: Die Lösung entsteht nicht durch schrittweise Anpassung vorhandener Konstruktionen, sondern durch die gezielte Synthese eines kinematischen Systems aus dem funktionalen Bedarf heraus. Dadurch konnten Bewegung, Kraftfluss und Stabilität bereits frühzeitig gemeinsam betrachtet werden. Die Rotorarme ließen sich kontrolliert und kompakt einfalten und bildeten gleichzeitig im ausgeklappten Zustand eine deutlich steifere Struktur als konventionelle Gelenkkonzepte.

Bereits neun Tage nach Projektstart lag ein erster funktionsfähiger Bewegungsentwurf vor. Dieser beinhaltete detaillierte Funktionsanimationen, Variantenvergleiche unterschiedlicher Kinematiken, erste Gewichtsbewertungen sowie Hinweise zur fertigungsgerechten Umsetzung. Damit stand dem Entwicklungsteam bereits sehr früh eine belastbare funktionale Entscheidungsgrundlage zur Verfügung – noch bevor eine vollständige Detailkonstruktion ausgearbeitet wurde.

Dynamische Anpassungen ohne konstruktiven Neustart

Im weiteren Projektverlauf zeigte sich die eigentliche Stärke des Ansatzes. Mehrere zentrale Randbedingungen wurden erneut angepasst. Höhere Motorleistungen führten zu veränderten Lastfällen, größere Propeller beeinflussten Geometrie und Bauraum, während sich gleichzeitig die Anforderungen an die Transportfähigkeit verschärften. In klassischen Entwicklungsabläufen hätten solche Änderungen häufig umfangreiche Neukonstruktionen ausgelöst. Im vorliegenden Projekt konnte die grundlegende Bewegungslogik jedoch beibehalten werden.

Da die Entwicklung auf einem kinematischen Systemmodell basierte, mussten nicht komplette Konstruktionen verworfen werden. Stattdessen hat man einzelne Bewegungsparameter gezielt angepasst – etwa Gelenkpunkte, Hebelverhältnisse, Verriegelungsgeometrien oder Bewegungsradien. Die funktionale Grundstruktur blieb somit erhalten, obwohl sich die Randbedingungen mehrfach änderten. Dadurch reduzierte sich der Iterationsaufwand erheblich. Gleichzeitig blieb der Entwicklungsprozess trotz der dynamischen Änderungen stabil und effizient.

Praxistests: Vom Bewegungsmodell zur realen Anwendung

Parallel zur Entwicklung wurden frühzeitig erste prototypische Baugruppen aufgebaut und unter realitätsnahen Bedingungen getestet. Im Mittelpunkt standen dabei insbesondere das Schwingungsverhalten der Struktur, die Stabilität der Verriegelung sowie Montage- und Handhabungseigenschaften. Die Ergebnisse dieser Tests flossen direkt zurück in die kinematische Optimierung, um Verriegelungsgeometrien anzupassen, Vibrationseinflüsse zu reduzieren und Montageprozesse zu vereinfachen.

Besonders relevant war dabei, dass bereits sehr früh im Projekt eine belastbare funktionale Lösung vorlag, die anschließend iterativ weiterentwickelt werden konnte. Genau dieser frühe Übergang vom Bedarf zur funktionalen Mechanik ist ein wesentlicher Bestandteil des Prompt-to-Product-Ansatzes.

Ergebnis: Schnellere Entwicklung und mehr Freiheitsgrade

Das entwickelte System erfüllte schließlich sowohl die Anforderungen an Transport und Handling als auch die notwendige strukturelle Stabilität im Flugbetrieb. Nach Angaben des Projektteams konnten Entwicklungszeiten reduziert, Iterationsschleifen verkürzt und Anpassungsaufwände deutlich minimiert werden. Gleichzeitig verbesserte sich die Integrationsfähigkeit des Gesamtsystems.

Das Projekt zeigt exemplarisch, wie sich die mechanische Entwicklung durch einen stärker bedarfs- und funktionsorientierten Ansatz verändern kann. Statt mechanische Systeme primär aus bestehenden Konstruktionen abzuleiten, ermöglicht Prompt-to-Product eine Entwicklung direkt aus dem funktionalen Bedarf heraus. Die Kombination aus schneller Machbarkeitsbewertung, kinematischer Analyse und systematischer Bewegungssynthese schafft dabei neue Freiheitsgrade – insbesondere bei dynamischen Anwendungen mit sich laufend verändernden Anforderungen. Gerade in Bereichen wie Robotik, Automation, Mobilität oder adaptiven Industriesystemen könnte dieser Ansatz zukünftig eine zunehmend wichtige Rolle spielen.

* Marc Oldiges ist CEO der Kabkin GmbH & Co. KG

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