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MEL (Fach) / MEL Skript (Lektion)

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• Technische Konstruktionen Maschinen: Maschinen- oder Fahrzeugbau Apparate: Verfahrenstechnik Geräte: Elektronik & Nachrichtentechnik
• Maschinenelemente? Nicht mehr weiter zerlegbare Bauteile für technische Systeme bzw Konstruktionselemente
• Konstruktionselemente Gestaltungselemente technischer Systeme, bestehend aus Maschinenelementen, die zur Erhaltung ihrer Funktion nicht weiter zerlegt werden können
• Wesentliche Tätigkeiten eines Konstrukteurs Beschaffung von Informationen Bewertung von Informationen Verarbeitung von Informationen Dokumentation der Ergebnisse
• Konstruktionsprozess Klären der Aufgabe Anforderungen stellen Konzipieren Entwerfen Ausarbeiten
• Arbeitsschritte beim Konzipieren Festlegen der Anforderungsliste; Freigabe zum Konzipieren Abstrahieren zum Erkennen der wesentlichen Probleme Aufstellen von Funktionsstrukturen; Gesamtfunktion - Teilfunktion Suchen von Lösungsprinzipien zum Erfüllen der Teilfunktionen Kombinieren der Lösungsprinzipien zum Erfüllen der Gesamtfunktion Auswählen geeigneter Kombinationen Konkretisieren zu Konzeptvarianten (qualitative/quantitative Beurteilungsgrundlagen) Bewerten nach technischen Kriterien Festlegen eines Konzepts; Freigabe zum Entwerfen
• Hauptmerkmale zum Aufstellen einer Anforderungsliste Geometrie Kinematik Kräfte Energie Stoff Signal Sicherheit Ergonomie (Bedienung, Beleuchtung, Mensch-Maschine, etc) Fertigung Kontrolle Montage Transport Gebrauch Instandhaltung Kosten Termin
• Hauptmerkmale beim Gestalten und Entwerfen Funktion Wirkprinzip Auslegung Sicherheit Ergonomie Fertigung Kontrolle Montage Transport Gebrauch Instandhaltung Kosten Termin
• Arbeitsschritte beim Ausarbeiten Festlegen des endgültigen Entwurfs; Freigabe zum Ausarbeiten Detaillieren und Festlegen von Einzelheiten; Erarbeiten der Teilzeichnungen Zusammenfassen durch Erarbeiten von Gruppenzeichnungen und einer Gesamtzeichnung, sowie von Stücklisten Vervollständigen der Fertigungsunterlagen durch Fertigungs-, Montage- und Transportvorschriften, sowie Betriebsanleitungen Prüfen der Fertigungsunterlagen auf Normanwendung, Vollständigkeit, Richtigkeit Festlegen der Fertigungsunterlagen; Freigabe zur Fertigung
• Prinzipien der Sicherheitstechnik Prinzip des sicheren Bestehens (safe-life-Verhalten; darf nicht versagen) Prinzip des beschränkten Versagen (fail-safe-Verhalten; bei Bruch Funktion teilweise noch gegeben) Prinzip der Mehrfachanordnungen (Redundanz; Mehr als unbedingt zur Funktion benötigt) Schutzsysteme und -einrichtungen
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• Grundlagen der Gestaltung Eindeutig/Einfach/Sicher Prinzip der Aufgabenteilung (zB Deckeldichtung) Prinzip der Selbsthilfe Prinzip der Kraft- und Energieleitung Kraftflussgerechte Gestaltung anschauliche Vorstellung für das Leiten von Kräften und Momenten; Kraftfluss muss geschlossen sein (actio = reactio); scharfe Umlenkungen und schroffe Kraftflussdichte - Änderungen sind zu vermeiden Prinzip der direkten kurzen Kraftleitung kleine Verformungen erfordern kurzen direkten Weg, vornehmlich Zug- und Druckkräfte
• Gestaltungsrichtlinien Beanspruchungsgerecht Kostengerecht Werkstoffgerecht Formänderungsgerecht Stabilitäts- und Resonanzgerecht Ausdehnungsgerecht Korrosionsgerecht Verschleißgerecht Arbeitssicherheits- und ergonomiegerecht Formgebungsgerecht Fertigungsgerecht Montagegerecht Instandhaltungsgerecht Recyclinggerecht
• Gestaltungsrichtlinie: Beanspruchungsgerecht Festigkeitslehre Werkstofftechnik Prinzipien der Kraftleitung Gleichmäßige Werkstoffausnutzung
• Gestaltungsrichtlinie: Kostengerecht Kostenschätzungen, so früh wie möglich Fortlaufende Kostenerfassung Wertanalyse durchführen
• Gestaltungsrichtlinie: Werkstoffgerecht Preis, Festigkeitswerte (belastungsart) Dichte / Masse, E- und G-Modul Dehnung und Zähigkeit, Härte und Härtbarkeit Dämpfungsverhalten, Korrosionsbeständigkeit Kerbschlagarbeit (Gießen, Schweißen, Zerspanen)
• Gestaltungsrichtlinie: Formänderungsgerecht Elastische Verformungen an Funktionsstelle zB an Lagern, Zahnrädern Querkontraktion
• Gestaltungsrichtlinie: Stabilitäts- und Resonanzgerecht Standsicherheit Kippgefahr Beul- und Knicksicherheit Schwingungen und Resonanzen
• Gestaltungsrichtlinie: Ausdehnungsgerecht Ausdehnung bei Temperaturänderungen Relativausdehnung von Bauteilen
• Gestaltungsrichtlinie: Korrosionsgerecht Werkstoffwahl Korrosionsschutz nach wirtschaftlichkeit Spaltkorrosion Kontaktkorrosion (Potentialunterschiede der WS) Schwingungsrisskorrosion Spannungsrisskorrosion
• Gestaltungsrichtlinie: Verschleißgerecht Tribologisches System Schmierstoff Werkstoffwahl (zB Baggerketten) Reibkorrosion
• Gestaltungsrichtlinie: Arbeitssicherheits- und ergonomiegerecht Vorschriften Berufsgenossenschaft Gerätesicherheitsgesetz
• Gestaltungsrichtlinie: Formgebungsgerecht Systematische Formgestaltung Farbe und Graphik zB VDI Richtlinie 224
• Gestaltungsrichtlinie: Fertigungsgerecht Fertigungsgerechte Baustruktur (Differential / Integralbauweise) Fertigungsgerechte Bauteilgestaltung (Form, Abmessungen, Oberfläche, Qualität) Werkzeuge Verfahren Kontrollen
• Gestaltungsrichtlinie: Montagegerecht Montagegerechte Baustruktur Werkstücke handhaben Positionieren Fügen Einstellen Sichern Kontrollieren
• Gestaltungsrichtlinie: Instandhaltungsgerecht Wartung Inspektion Instandsetzung
• Gestaltungsrichtlinie: Recyclinggerecht Einsparung von Rohstoffen Wiedergewinnung von Rohstoffen Wirtschaftliche Demontage Werkstofftrennung Werkstoffwahl Werkstoffkennzeichnung
• Konstruktionswerkstoffe Werkstoffe (WS): -Metalle (ME) Eisenmetalle (Stahl, Gusseisen, Sintereisen) Nichteisenmetalle (NE) (NE-Schwermetalle, NE-Leichtmetalle) -Verbundwerkstoffe Oxidkeramische Schneidstoffe Hartmetalle Faserverstärkte Verbundstoffe -Nichtmetallische WS Kunststoffe (Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere, Silicone) Hilfstoffe (Schmier- & Kühlmittel, Schleif- & Poliermittel)
• Dauerfestigkeitsnachweis nach DIN 743 1) Mittelspannungen (Zug/Druck, Torsion, Biegung, Schub) und Amplitudenspannungen dazu. Vergleichsspannungen sigmavm und tauvm 2) Kerbwirkungszahl Betasigma und BetaT (Mithilfe von Diagramm) 3) Gesamteinflussfaktor K berechnen Jeweils für Zug/Druck, Biegung, Torsion 4) Berechnung der Wechselfestigkeit, der Mittelspannungsempfindlichkeit (Psi), der Gestaltfestigkeit, sowie der Gesamtsicherheit S !> 1,2 zulässiger Wert = Werkstoffkennwert/S
• Bildung der Normzahlen Arithmetische Reihe: (1;3;5;...) Stufenschritt: Delta = ai+1 - ai = const Stufensprung: q = ai+1/ai != const Geometrische Reihe: Stufenschritt: Delta = ai+1 - ai != const Stufensprung: q = ai+1/ai = const q = 10^(1/n) Genauwertreihe und Grundreihe (gerundet auf eine Nachkommastelle)
• Toleranzarten Maßtoleranzen: Abmessungen von Bauteilen und Elementen Formtoleranzen: Geradheit, Ebenheit, Rundheit, Zylindrizität, Profil, etc Lagetoleranzen: bezogene Elemente; Parallelität, Rechtwinkligkeit, Neigung, Symmetrie, Lauftoleranzen
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• Passungsarten Übermaßpassung Übergangspassung Spielpassung
• Tolerierungsgrundsätze? Bestimmen, ob an Passflächen die Formabweichungen von den Maßtoleranzen abhängen oder nicht 1) Hüllprinzip: Geometrisches Element durchbricht geometrisch ideale Hülle nicht gilt, wenn kein Hinweis auf DIN ISO 8015. Nicht zu empfehlen, da vielfach unangemessene Anforderungen hinsichtlich Form- und Lagetoleranzen entstehen 2) Unabhängigkeitsprinzip Muss mit DIN ISO 8015 angegeben werden sonst gilt Hüllprinzip Vergrößerung der Formtoleranz möglich => fertigungskosten senkbar
• Formtoleranzen Ebenheit Geradheit Parallelität Runheit (Kreisform) Zylinderform
• Lagetoleranzen Richtungstoleranzen: Parallelität Rechtwinkligkeit Neigung Ortstoleranzen Position Koaxialität (Konzentrizität) Symmetrie
• Komb. Form- und Lagetoleranzen/ Lauftoleranzen Rundlauf Planlauf Lauf in beliebige Richtung Gesamtrundlauf Gesamtplanlauf
• Istoberfläche Das messtechnisch erfasste, angenäherte Abbild der wirklichen Oberfläche eines Formelements
• Geometrische Oberfläche IIdeale Oberfläche, deren Nennform durch die Zeichnung/ Unterlage definiert ist
• Gestaltabweichung Die Gesamtheit aller Abweichungen der Istoberfläche von der geometrischen Oberfläche
• Gestaltabweichungen Ordnung: Formabweichung (Unebenheit, Ungeradheit, Unrundheit) Ordnung: Welligkeit (Wellen) Ordnung: Rauheit (Rillen) Ordnung: Rauheit (Riefen, Schuppen, Kuppen) Ordnung: Rauheit (Gefügestruktur; nicht mehr in einfacher Weise bildlich darstellbar)
• Hertzsche Pressung Linien- oder punktförmige Berührung zweier Körper. Voraussetzungen: Homogenes isotropes Material Hookesches Gesetz Nur Normalspannungen in der Berührfläche Maß der Abplattungen klein gegenüber Bauteilen
• Festigkeitsnachweis Versagen des Bauteiles während Produktlebensdauer ausschließen. Nachweis der Sicherheit gegen... Überschreiten der Dauerfestigkeit Überschreiten der Fließgrenze Knicken oder Beulen Spannungsrisskorrosion
• Schweißkonstruktion Tragfähigkeit abhängig von: Grundwerkstoff Wärmeeinflusszone im Übergang Wärmeeinflusszone im Schweißgut Beanspruchungsart zeitlich/ geometrisch Nahtform/ Anordnung/ Nahtbearbeitung Nahtgüte Zusammenwirken von Betriebsbeanspruchungen und Eigenspannungen
• Statische Belastung bei Schweißkonstruktion Belastung senkrecht zur Zugrichtung -> Versagen neben der Naht Belastung parallel zur Naht -> Risse bzw Brüche in der Naht
• Typische Anwendung von Gussteilen Kurbelwelle Bremstrommel Bremsscheibe Tellerrad & Ritzelwelle Pleuel Radnabe Motorengehäuse & Kolben
• Vorteile der Gussgestaltung Freie Gestaltungsmöglichkeit beim Entwerfen der Geometrie Komplexe, funktionale Bauteile ohne großen Bearbeitungsaufwand möglich Breite Palette an Gusswerkstoffen Stückzahlbereich: 1,2,....,n (mehrere Tausend) Häufig wirtschaftliche Lösung
• Gussverfahren Sandguss Kokillenguss Spritzguss Pressguss Drckguss Sintern
• Typische Anwendung von Schweißkonstruktionen Fahrradrahmen Getriebegehäuse Wagenkasten Fahrzeugkarosserie Apparate & Rohrleitungen Schiffsrumpf Kleinserienbauteile
• Vorteile von Schweißkonstruktionen Preisgünstig durch Verwendung handelsüblicher Halbzeuge Für Kleinserien geeignet Bei Kleinserien keine Modell- bzw Werkzeugkosten Baut "leicht" Möglichkeit der Automatisierung bei Großserien "Dichte" Verbindungen

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