Konstruktionslehre

Isometrische Konstruktion:

Gegenstand wird in allen 3 Dimensionen (l,b,h) maßgenau gezeichnet

Der Neigungswinkel zur waagerechten betrögt 30°

Dimetrisch:

wesentliches nur von vorne -> 2 versch. Maßstäbe

Neigungswinkel: auf einer Seite 7° und auf der anderen 42° (Maßstab wird um Hälfe verkürzt)

• jedes Maß nur einmal

• Hilfsmaße in runde Klammern

• Lagemaß für Bohrungen beziehen sich immer auf den Bohrungsmittelpunkt

• Rundungsmaß: Buchstabe “R” ist voranzustellen

• Durchbruchsbemaßung mit quadratischen Querschnitt: der Maßzahl ein Quadrat Symbol voranstellen

• Nuten und Ausklinkungen werden bemaßt

Gewinde dienen zur Herstellung von kraft- oder formschlüssiger Verbindungen

Man unterscheidet zwischen Bewegungs- und Befestigungsgewinde

• Bewegungs.: dauerhaft fest

• Befestigungs.: z.B. bei Schraubstöcken

Angegebenes zu erreichendes Maß

Tolerierte Abweichung von Nennmaß

Oberes Abmaß = größt zulässiges Maß

unteres Abmaß = niedrigstes zulässiges Maß

• Allgemeintoleranz (DIN ISO 2768)

• Grenzabmaß (15 ± 0.5)

• durch Toleranzklassen (Ø20 H7) - nur bei kreisförmigen oder parallele eben Formelementen (Wellen, Bohrungen, Nuten)

Passungen geben das Maßunterschied von zwei zu fügenden Teilen an. Sie haben das gleiche Nennmaß

• Spielpassung: Mindestmaß der Bohrung ist ≥ Höchstmaß der Welle -> es ergibt sich ein Innenspiel (Stoffschlüssige Verbindung notwendig)

• Übergangspassung: beim Fügen von Wellen und Bohrung kann ein Spiel oder ein Übermaß entstehen -> Toleranzfelder überdecken sich ganz oder teilweise (muss gegen Drehen oder Verschieben gesichert werden)

• Übermaßpassung: Höchstmaß der Bohrung ist ≤ dem Mindestmaß der Welle -> Zusammenfügen nur unter Druck oder Schrumpfen (keine zusätzliche Sicherung in radialer oder axialer Richtung)

• Buchstaben geben die Lage des Toleranzfeldes zur Nulllinie an

• die Zahlen stehen für die Größe geduldeter Maßabweichung, dem Toleranzgrad (=Größe des Toleranzfeldes in grafischen Darstellungen)

• dabei verwendet man:

  • Großbuchstaben für Innenmaße (z.B. Bohrungen)

  • Kleinbuchstaben für Außenmaße (z.B. Wellen)

• Formtoleranz: zulässige Abweichung eines Formelements von seiner geometrisch idealen Form

• Lagetoleranz: zulässige Abweichung zweier oder mehrerer Formelemente von ihrer geometrisch idealen Lage

• Formtoleranz: zweiteilige Toleranzrahmen -> 1. Feld enthält Symbol für tolerierte Eigenschaft & 2. Feld gibt Toleranzwert an

• Lagertoleranz: dreiteiliger Toleranztahmen -> in das dreitte Feld wird Bezugsbuchstabe eingetragen

•  Mittenrauwert Ra (in μm): arithmetischer Mittelwert aller Abstände des Profils von der Mittellinie

• Gemittelte Rautiefe Rz (in μm): arithmetische Mittel aus den EInzelrautiefen von 5 aufeinander folgenden Einzelstrecken dar.

• dient zum Schaffen von Freiräumen, welche als Auslaufzone bei der Fertigung für Werkzeugen wie Drehmeißel und Schleißscheiben gebraucht werden

• dient, um das bündige Aufstecken von Gegenstücken zu gewährleisten (wenn keine ausreichend große Fase oder Rundung angebracht werden können)

• verwendete Radius reduziert zudem Spannungsspitzen, welche durch Kerbwirkung entstehen können

• Lager der Zähne: innen- und außenverzahnung

• Verzahnungsarten: gerad-, schräg-(links/rechts), pfeil-, spiral-, bogenverzahnt

• Sicherung gegen Lockern (kraftschlüssige Sicherung)

• Sicherung gegen Losdrehen (formschlüssige Sicherung)

Aufgabe: drehende Maschinenteile (z.B. Welle) zu führen, Kräfte von beweglichen auf ruhende zu übertragen & das mit mgl. geringen Reibverlust

Wirkungsprinzip:

• Wälzlager

• Gleitlager

Freiheitsgrad:

• Radiallager (Kräfte wirken senkrecht zur Drehachse)

• Axiallager (in Richtung der Achse)

• Kraftübertragung erfolgt mittels Wälzkörper (z.B. Kugeln oder Rollen)

• für wartungsfreie und betreibssichere Lagerung bei normalen Anforderungen (z.B. Getriebe, Elektromotoren, Ventilatoren, Pumpen)

• gut für häufig aus dem Stand angefahren oder mgl. reibungsarm arbeiten sollen (z.B. Drehtüren, Kranlaufrad)

Unterscheidung:

• Form/Körper: Kugel, Rollen, Tonnen, Nadel-lager

• Lagerung: Rillen, Schulter, Schräg, Pendel-lager

• Belastungsrichtung: Radial, Axial-lager

• Ein- und Ausbaumöglichkeiten: Selbsthaltend oder nicht

Radiallager: Walzkörper laufen zwischen einem Innen- und Außenring (auch Ringlager) -> dienen hpsl. zur Aufnahme von Radialkräften

Axiallager: Walzkörper laufen zwischen zwei Scheiben (auch Scheibenlager) -> Aufnahme Axialkräfte

Vorteile:

• geringer Wartungsaufwand (geringer Schmierstoffverbrauch)

• kleine Baugrößen können realiesiert werden

• gut austauschbar und ersetzbar

• kostengünstig mit hoher Präzision

Nachteile:

• empfindlich gegen stoßartige Belastung

• staubempfindlich (sorgfältige Abdichtung)

• Gefahr “Heißlaufen” oder Blockieren bei falscher Montage

• vollkommende Trennung der Flächen durch Schmierfilm

• hydrodynamische Gleitlager: Trennschicht entsteht selbsttätig durch Haften an Gleitflächen

• hydrostatisch Gleitlager: Öl wird von Pumpe iin Druckkammer des Gleitraumes gepresst

• gut für lange Lebensdauer: Turbinen, Generatoren, Schiffswellenlager

• gut bei Aufnahme von Stößen: Pressen, Hämmern, Stanzen

Radiallager: auch Traglager, Aufnahme von Querkräften, z.B. durch Gewicht der Welle

Axiallager: auch Stützlager, Aufnahme von Längskräften

Vorteile:

• einfach in Aufbau & vielseitig in der Anwendung

• geringe Reibungszahl (schwingungs- und geräuschdämpfend)

• unempfindlich gegen Stöße, Erschütterungen

Nachteile:

• hohe Schmierstoffverbrauch

• große Aufwand für Schmierstoffversorgung & Wartung

• erforderlich: hohe Oberflächengüter der Gleitflächen

  
  

Punktlast:

betrachteter Ring steht still (Punktlast am stillstehenden Teil) & nur an einem Punkt der Höchstlast ausgesetzt -> feste Passung

Umfangslast:

Ring umläuft, gesamter Umfang ist Höchstlast ausgesetzt -> lose Passung (z.B. Innenring dreht sich mit Welle oder Außenring mit Gehäuse)

Loslager:

gleicht axiale Wärmedehung aus; einer der beiden Laufringe kann sich axial bewegen (z.B. Zylinderrollenlager)

Festlager:

fixiert die Welle axial in beide Richtungen (nimmt Radial- und Axialkräfte auf

Berührend:

• Statisch: Flachdichtung, (O-Ring)

• Dynamische: Wellendichtung, Filzring, (O-Ring)

Nicht berührend:

Labyrinthdichtung, Rillendichtung

Formschlüssig:

entsteht durch ineinandergreifen von mit 2 Verbindungspartnern

der eine Verb.partner ist dem anderen im Weg -> können sich nicht lösen (Gewinde, Spannstift, Passfeder, Sicherungsring, Zahnräder)

Kraftschlüssig:

setzen eine Normalkraft auf die miteinander zu verbindenden Flächen voraus. Ihre gegenseitige Verschiebung ist verhindert solnage die durch die Haftreibung bewirkte Gegenkraft nicht überschritten wird (Gewinde, Schraubverbindung, Spannelemente, Kegelwellen)

Stoffschlüssig:

Verbindungen bei denen die Verbindungspartner durch atomare Kräfte zusammengehalten werden. Nicht lösbare Verbindungen (Schweißen Löten)

Widerstand gegen Verrutschen oder Verdrehen durch Reibung

Sobald die Haftreibung überschritten ist, sind die Körper nicht mehr selbsthemmend

• Normalspannung (senkrecht zur Querschnittsfläche)

• Schubspannung (in der Querschnittsfläche)

• Zugbeanspruchung: ờ = F/A; wirkt Richtung Stabachse; A=Querschnittsfläche

• Druckbeanspruchung: ờ = F/A; wirkt Richtung Stabachse; A=Querschnittsfläche. Negatives Vorzeichen da Druck

• Biegebeanspruchung: ờb = Mb/Wb . wirkt

  entlang Stabachse. Querschnitt überträgt Biegemoment

• Schubbeanspruchung: tao= F/A . Kraft ist quer zur Trägerachse

• Torsionsbeanspruchung: innere Kräfte treten paarweise als Tangentialkräfte auf (Schubbeacnspruchung), außen am größten

• Vergleichsspannung: wenn Normal- und Schubspannung gleichzeitig von einem Querschnitt übertragen werden

• Fettfrei

• Sauber

• Angeraut

• wegen Lockerungs- (untersch. Wärmeausdehnung) und Korrosionsgefahr

• Spannungsreihe der Elemente, dass kein Passungsrest - Korrosionsgefahr Ausdehnung bei Wärme unterschiedlich - Lockerungsgefahr

• Schrumpfverband (Schrumpfen des Außenteils - erkaltet)

• Dehnverband (Aufweiten des Innenteils - erwärmt sich)

• Druckölverband

keine Exzentrität zw. Nabe und Welle

Splintsicherung, Scheibensicherung, Schraube & Mutter, Sicherungsring, Sprengringe

Punktschweißverfahren

Sägengewinde

Nadellager, Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager

5 -> 5*100 = 500 Zugfestigkeit Rm

8 -> 5*8*10 = 400 Streckgrenze Re

Klebeschicht soll vorwiegend auf Abscheren beansprucht werden

Keine Zug- oder Schälbeanspruchung

Vorteil:

• freie Formgebung

• keine Kerbwirkung (da keine Nietlöcher)

• keine teuren Gussformen

Nachteil:

• Verzug

• Gefügeveränderungen durch Wärmeeinfluss

• nicht alle Werkstoffpaarungen möglich

• nicht lösbar

Kraftschlüssig oder Reibkraftschlüssig

Formschlüssig

• Sichern

• Zentrieren

• Verbinden

• Mitnehmen (Kraft übertragen)

• Schließen

• Befestigen

• Wärme abführen

• Reibung vermeiden

• Metallischen Kontakt vermeiden

• Schmutz abtransportieren

• große Schmierfläche -> schwingungs- und Geräuschdämpfend

• hohe Drehzahl (in Flüssigkeitslagern) -> unbegrenzte Lebensdauer

• können geteilt hergestellt werden

• Schmutz abführen, Wärme abführen, hohe Drehzahl

• Öl-Hand, Spitzkanne, Tauchschmierung, Tropföler, Handschmierung

• Setzen (Einebnen der Oberflächenrauheit durch Druck

• Kriechen (thermische Beanspruchung sorgt für Fließen der Werkstoffe)

Nadellager (kann ohne Innen- und Außenring eingebaut werden)

Rechts:

Nachwärmen (Flamme zeigt auf Naht), Schweißnaht kühlt langsamer ab

-> für dickere Bauteile

Links:

Vorwärmen des Gefüges in Schweißrichtung (Flamme zeigt auf ungeschweißtes Bauteil)

-> für dünnere Bauteile

kleinere Steigung - fün Dünnwandung, Stellschrauben

Fluide, Festschmierstoffe, Fette

Polygonwelle

-> hydrostatisch, da durch viel Druck eingepresst wird

Hydrostatisch: Schmieröl wird unter Druck zwischen gleitende Teile gepresst. Schmierfilm immer vorhanden. Sehr geringe Reibungsverluste aber teuer

Hydrodynamisch: Schmierfilm bildet sich erst, wenn sich Gleitfläche aufeinander bewegen

• Evolventeverzahnung (Eingriffslinie Gerade)

• Zyklodenverzahnung (Eingrifflinie Kreisbogen)

• Triebstoffverzahnung

kleine Auflagefläche, Zugverbindung

• Übertragen hochbeanspruchte Drehmomente

• guter Rundlauf

• Verschieberäder

Abscherung

Vorteile: glattere Oberfläche, geringe Kerbwirkung

Nachteile: Passfeder muss axial gesichert werden

• Innenzentrierung

• Flankenzentrierung (kostengünstiger)

Zahnwelle, weil mehr Zähne

• Härter als der Werkstoff in den sie eingetrieben werden (Bauteil)

• Massenproduktion muss möglich sein (billig)

schwimmende Lagerung, da am wenigsten Festbauteile benötigt werden

• Rotation in Translation umwandeln

• Bewegungsschrauben werden zu Umwandlung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung eingesetzt

• geringe Tempratur, niedrige Drehzahl

• Kegelschmiernippel, Stuafenbuchse, Fettdruckbuchse

Belastung ständig auf den selben Punkt des Laufrings gerichtet

Last wirkt dauerhaft auf denselben Punkt

Rillenkugellager

schwimmend, angestellt, fest-los

hohe Viskosität (=Widerstand gegen fließen)

geringe Drehzahlen, sehr hohe & sehr niedrige Temeperaturen

Pendelrollen- oder Pendelkugellager

Nehmen Axial- und Radialkräfte auf

Zerlegbar -> einfache Montage, hoch belastbar

O-Anordnung, da starrer

einfacher lösbar

häufigere Wiederverwendung

Biegung & Torsion

• für gleichmäßige Übertragung müssen Zahnflanken so geformt sein, dass sie die optimale Wirkung erzielen

• Ziel ist es kleine Abrollbewegung zu erhalten

• gleichmößige Übertragung

• Normalgeschwindigkeit im Berührungspunkt jeweils gleich groß

• Eingriffnormale durch Wälzpunkt C

mehr Zähne gleichzeitig im Eingriff -> größere Kraftübertragung, ruhiger Lauf, Aufnahme größerer Momente

Schneckenradgetriebe, da große Selbsthemmung

Kann nur von kleinen Zahnrad angetrieben werden (Schnecke)

Kegelradgetriebe

Schraubenradgetriebe

Schneckenradgetriebe

Eindringen von Schmutz vermeiden und Ausdringen von Fett/Schmiermittel verhindern

Scherung, Leibung, Biegung

Nadellager, da Außen- und Innenring weggelassen werden kann

Schweißen mit Anwendung von Kraft -> geht schnell (Serienfertigung)

Verbinden von Teilen die flächig auf einander liegen

• Punktschweißen: linsenförmiges schweißen über Punktschweißelektrode

• Buckelschweißen: Werkstücke berühren sich an

  vorgefertigtem Buckel

• Bolzenschweißen: Buckelschweißen bei dem

  Bolzenförmige Teile auggeschweißt werden

• Rollennahtschweißen:

• Foliennahtschweißen:

• Abbrennstumpschweißen: durch leichtes berühren, Bildung von Schmorkanten, schlagartiges Stauchen schweißt

• Pressstumpfschweißen

Stoffschlüssiges Fügen & Beschichten von Werkstoffen mithilfe eines geschmolzenen Zusatzmaterials (Lot). Stoffe werden fest, dich und leitfähig verbunden

Vorteile:

• Verbindung von verscheidenartigen Metallen

• Keine Gefügeveränderung

• Bauteile werden nicht durch Löcher geschwächt. Keine Kerbwirkung

Nachteile:

• Lot ist teuer.

• Korrosionsgefahr bei Aluminimubauteilen

• Festigkeit liegt unter Schweißverbindung

Weichlöten:

• Arbeitstemperatir < 450°C

• keine hohen Anforderungen an Belastbarkeit

• Verbindung durch & leitfähig

Hartlöten:

• Arbeitstemperatur > 450°C

• Erhöhung der Spalttiefe erhöht Festigkeit

Hochtemperaturlöten:

• Arbeitstemperatur > 900°C unter Schutzgas im Vakuum

• gleiche oder verschiedene Metalle werden durch eine aushärtende Zwischenschicht stoffschlössig miteinander verbunden

  (Schmelzkelbstoffe, Nassklebstoffe, Reaktionsklebstoffe)

Vorteile:

• viele Werkstoffkombis möglich

• keine Gefügeänderung

• gleichmäßige Spannungsverteilung

• dichte, korrosionsbeständige Verbindung

Nachteile:

• große Fügeflächen notwendig

• geringe Dauer- und Wärmefestigkeit (im Vgl. zu schweißen, löten, nieten)

• Fügeflächen müssen sauber, fettfrei und aufgeraut sein

Vorteile:

• keine Gefügewandlung

• ungleichartige Werkstoffe lassen sich verbinden

Nachteile:

• erhöhter Aufwand

• erhöhte Kerbwirkung & Schwaächung durch Bohrunug

Warmnieten:

• Einschlagen der Niete nach Erwärmung auf 1000°C

• schrumpft beim Erkalten & Presseg gefügte Teile aufeinander

Kaltnieten:

• kleinere Köpfe reichen, da Kaltnieten nicht schrumpfen

• daher sichern sie Schafft nur gegen axiales verschieben

Verbindungen die ohne weiteres wieder gelöst werden können

z.B. Welle-Nabe-Verbindung, Stift- & Bolzenverbindung, Schraubverbindung

• Formschlüssig: übertragen durch ineinander passende Formen -> axiales Verschieben möglich

• Krfatschlüssig: Übertragung durch Reibung

• Vorgespannt: Übertragung durch Form und Reibung/Kraftschluss

Fügen mittels Pressvorgang bei glatten Wellen.

• Längspressverbände: Einführungsphase des Teils mit der höheren Streckgrenze

• Querpressverbände:

  • Schrumpfverband: Außenteil wird erwärmt bis Innenteil hineinpasst. Beim erkalte schrumpft das Außenteil und presst sich ans Innenteil

  • Dehnverband: Innenteil wird gekühlt damit es schrumpft und ins Außenteil passt. Nach fügen erwärmt sich das Innenteil und dehnt sich wieder aus und presst sich ans Außenteil.

  • Schrumpf-Dehnverband: durch Schrumpfen des Außenteils und Dehnen des Innenteils.

  • Druckölverband: Bei einem Schrumpf-Dehnverband mit kegeligen Fügeflächen sorgt Öldruck für weiteres hineinpressen.

Vorgespannte Welle-Nabe-Verbindungen sind Kielverbindungen. Längskeile sitzen unter Vorspannung in einer Nut & stellen kraft - & formschlüssige Verbindungen her. Beim überschreiten der Reibungskraft wird Verbindung rein formschlüssig

• Passfederverbindung:

  • Mitnehmerverb.

  • Nicht geeignet für wechselnde Drehrichtungen und stoßartige Belastung

  • Keine Exzentrität zw. Nabe und Welle

• Keilwellenverbindung:

  • Keilwellen tragen am Umfang eine gerade Anzahl an Keilen welche als Passfedern aufzufassen sind.

  • Gleichmäßige Drehmoment übertragung

  • Für stoßartige & wechselnde Belastung

• Polygonwellenverbindung:

  • Große Zentriergenauigkeit

  • Kaum Kerbwirkung - größere Drehmomentenübertragung

• Zahnwellenverbindung:

  • besitzen kerbzahn- oder Evolventenprofil

  • feinere Zahnung, geringere Schwächung

  • größere Drehmomente und stoßartige Belastung möglich

Verbinden, Befestigen, Zentrieren, Mitnehmen, Halten, Sichern, Schließen

Werden auf Abscheren beansprucht. Stift/Bolzen soll härter als Bauteil sein

Kegelstifte, Spannstifte, Spiralstifte, Kerbstifte

-> nur zum übertragen kleiner stoßfreier und möglichst nicht wechselnder Drehmomente

stellen Gelenkverbindung her (Spielpassung)

• nichtmetallische Schutzschichten

• galvanisch aufgebrachte metallische Schutzschichten

• Feuerverzinkung

• Dünnschichtlackierung

• Korrosionsbeständige Werkstoffe

Reibungsminderung, Stoßdämpfung, Wärmeabfuhr, Abtransport von Verschleißteilen, Korrosionsschutz

z.B. fluide Schmierstoffe, Schmierfette, Festschmierstoffe

Vorteile:

• weniger Reibung

• kleineres Betriebsspiel

• Austauschbarkeit, da genormt

Nachteile:

• Stoßempfindlich

• geräuschvoller

• geringere Drehzahl möglich

• schwierige Monatge & Demonatge

• teuer als einfach Gleitlager

Achsen:

• tragen Maschinenteile und können stillstehen oder sich drehen

• sie übertragen kein Drehmoment

• nur Biegebeanspruchung

Welle:

• tragen Maschinenteil, laufen aber stets um

• übertragen Drehmoment

• Beanspruchung auf Biegung und Torsion

• im ersten Takt: volle Zylinderfüllung Luft

• diese wird im zweiten Takt komprimiert -> erhitzt bis auf 900°C

• Kraftstoff wird eingespritzt

• hohe Temperatur reicht aus, um Kraftstoff zu verdampfen und zu zünden

DIN = Deutsches Institut für Normung (innerhalb DE)

ISO = International Organisation for Standardisation (weltweit)