Konstruktion (Fach) / Klausuren (Lektion)

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• Auf Grund der unterschiedlichen Anwendungsfälle von Wälzlagern existieren verschiedene Wälzlagerarten, von denen zwei nebenstehend abgebildet sind. (Lager I) Lager II) 5.1 Geben Sie an, um welche Wälzlagerarten es sich jeweils in den Abbildungen handelt. WB_TB_KON_P11_100213 5.1 Abgebildete Wälzlagerarten:Lager I): NadellagerLager II): Kegelrollenlager
• Auf Grund der unterschiedlichen Anwendungsfälle von Wälzlagern existieren verschiedene Wälzlagerarten, von denen zwei nebenstehend abgebildet sind. (Lager I) Lager II) 5.2 Nennen Sie deren mögliche Belastbarkeit (axial, radial oder kombiniert) sowie deren Eignung als Los-, Stütz- oder Festlager WB_TB_KON_P11_100213 5.2 Mögliche Belastbarkeit sowie Eignung als Los-, Stütz- oder Festlager: Lager I): - radiale Belastbarkeit,- Eignung als Loslager. Lager II): - kombinierte Belastbarkeit,- Eignung als Stützlager.
• Auf Grund der unterschiedlichen Anwendungsfälle von Wälzlagern existieren verschiedene Wälzlagerarten, von denen zwei nebenstehend abgebildet sind. (Lager I) Lager II) 5.3 Worauf ist bei der Montage von Wälzlagern hinsichtlich der Übertragung der Montagekräfte besonders zu achten? WB_TB_KON_P11_100213 5.3 Montage von Wälzlagern: 3Bei der Montage ist darauf zu achten, dass die Montagekräfte nicht über die Wälzkörperübertragen werden, da sich sonst bleibende Deformationen der Laufbahnen ergeben können
• Auf Grund der unterschiedlichen Anwendungsfälle von Wälzlagern existieren verschiedene Wälzlagerarten, von denen zwei nebenstehend abgebildet sind. (Lager I) Lager II) 5.4 Warum lassen sich nicht selbsthaltende (zerlegbare) Lager leichter montieren? WB_TB_KON_P11_100213 5.4 Montage von zerlegbaren Lagern: 2Nicht selbsthaltende (zerlegbare) Lager lassen sich leichter montieren, da Innen- undAußenring getrennt montiert werden können und dadurch z. B. die Welle komplettvormontiert werden kann.
• Eine besondere Form der formschlüssigen Verbindung ist die Stirnverzahnung (auch Hirthverzahnung genannt). Als Anwendungsbeispiel für eine Stirnverzahnung zeigt die nebenstehende Abbildung die Verbindung eines Kegelrades mit einer Welle. 4.1 Beschreiben Sie die grundsätzliche konstruktive Gestaltung einer Stirnverzahnung. WB_TB_KON_P11_090725 4.1 Konstruktive Gestaltung einer Stirnverzahnung: 3 PkteBei der Stirnverzahnung tragen die zu verbindenden Wellenteile oder Welle und Bauteil anihren Stirnseiten eine radiale (Plan-)Verzahnung und werden axial miteinander verspannt.
• Eine besondere Form der formschlüssigen Verbindung ist die Stirnverzahnung (auch Hirthverzahnung genannt). Als Anwendungsbeispiel für eine Stirnverzahnung zeigt die nebenstehende Abbildung die Verbindung eines Kegelrades mit einer Welle. 4.2 Nennen Sie mindestens drei Gründe bzw. Gegebenheiten, bei denen eine Stirnverzahnung von Bauteilen Anwendung findet. WB_TB_KON_P11_090725 4.2 Gründe bzw. Gegebenheiten für die Anwendung einer Stirnverzahnung: 6 PkteDie Stirnverzahnung wird angewendet, wenn die Bauteile• schwierig aus einem Stück zu fertigen sind,• zweckmäßigerweise aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden sollten (z. B. hochwertigerZahnrad-Werkstoff nicht für die gesamte Welle) oder• aus Montagegründen geteilt sein müssen.
• Auf eine Welle wirken im Allgemeinen radiale und axiale Kräfte ein. Die Lagerung muss diese Kräfte aufnehmen und übertragen sowie die Welle in ihrer radialen und axialen Lage ausreichend genau fixieren. Die nachfolgende Abbildung zeigt als Beispiel die Lagerung einer Welle mit einer Fest- und Loslageranordnung. 5 a) Kennzeichnen Sie, was unter einem Festlager und was unter einem Loslager verstanden wird. Gehen Sie dabei darauf ein, welche Kräfte (axial, radial) von diesen Lagern jeweils übertragen werden und wie diese Lagerarten gestaltet bzw. umgesetzt werden können. KON-2008-08 a) Kennzeichen von Fest- und Loslagern: • Festlager können radiale und axiale Kräfte aufnehmen und übertragen. Sie fixieren dieWelle in axiale Richtung. Beide Lagerringe sind axial festgelegt. Das Lager darf nicht zerlegbarsein.• Loslager können nur radiale Kräfte aufnehmen und übertragen. Bei Loslagern muss einLaufring in axialer Richtung relativ zum Gehäuse oder zur Welle verschiebbar sein. Dieskann durch die Wahl einer entsprechenden Lagerart (z. B. spezielle Zylinderrollenlager oderNadellager) erreicht werden. Beide Lagerringe können dann fest eingepasst werden. Auchnicht zerlegbare (selbsthaltende) Lager sind als Loslager einsetzbar. Einer der beiden Lagerringemuss dann eine „lose“ Passung erhalten und darf nicht axial fixiert werden.
• Auf eine Welle wirken im Allgemeinen radiale und axiale Kräfte ein. Die Lagerung muss diese Kräfte aufnehmen und übertragen sowie die Welle in ihrer radialen und axialen Lage ausreichend genau fixieren. Die nachfolgende Abbildung zeigt als Beispiel die Lagerung einer Welle mit einer Fest- und Loslageranordnung. 5 b) Warum darf eine Wellenlagerung bei großen Lagerabständen nur ein Festlager besitzen? KON-2008-08 b) Grund für das Vorhandenseins nur eines Festlagers bei großen Lagerabständen:Bei großen Lagerabständen muss beachtet werden, dass die Welle im Betriebszustand aufGrund der Erwärmung eine Längenausdehnung zwischen den Lagern erfährt. Um Verspannungenzu vermeiden, die zu Lagerschäden führen können, darf eine Wellenlagerung nur ein Festlagerbesitzen. Alle übrigen Lager sind als Loslager auszubilden.
• 2b) Welcher Grundregel der Konstruierens widerspricht die in der Abbildung gezeigte konstruktive Lösung einer Welle-Nabe-Verbindung? Begründen Sie Ihre Antwort. Wie kann dieser Widerspruch in der Konstruktion gelöst werden? KON-2007-01 b) Grundregelverstoß und dessen Lösung• Die konstruktive Lösung widerspricht der Grundregel „Konstruiere eindeutig“.• Die gleichzeitige Verwendung eines Presssitzes und einer Passfeder in einer Welle-Nabe-Verbindung bringt für die Momentübertragung keine Vorteile, sondern ruft durch die beidensich in nicht eindeutiger Weise überlagernden Kerbspannungen eine schwer vorher berechenbareBeanspruchung des Wellenquerschnittes hervor.• Je nach dem Einsatzfall ist entweder die Lösung mit nur einer Passfeder oder nur einemPresssitz besser und billiger (und entspricht damit auch besser der Grundregel „Konstruiereeinfach“).
• 2a) Nennen Sie die Grundregeln des Konstruierens. KON-2007-01 a) Grundregeln des Konstruierens:• Gestalte eindeutig• Gestalte einfach• Gestalte sicher.
• Was bedeutet in einer Schraubenbezeichnung M12 x 60 – 9.8 ? 5a) Erläutern Sie die Angaben hinter dem Gedankenstrich ausführlich KON-2007-01 a) Schraubenbezeichnung:M     metrisches ISO – Gewinde12    12 mm Nenndurchmesser60    60 mm Schrauben(Schaft)länge9.8   Festigkeitsklasse9    1/100 von Nennzugfestigkeit Rm8    10faches des Streckgrenzenverhältnisses Re/Rm
• 5b) Benennen Sie mindestens 6 Größen des abgebildeten metrischen ISO-Gewindes, darunter d, D2 und P. KON-2007-01 b) Metrisches ISO-Gewinde:d      Außendurchmesser des Außengewindes, NenndurchmesserD2    Flankendurchmesser des InnengewindesP     SteigungD     Außendurchmesser des Innengewindesd2    Flankendurchmesser des AußengewindesD1    Kerndurchmesser des Innengewindesd3    Kerndurchmesser des AußengewindesH     Höhe des Ausgangsdreieckes
• Wie viele Ansichten sind zur Darstellung eines Bauteiles notwendig? Wie liegt auf dem Zeichenblatt normalerweise die Hauptansicht, und wie werden die Draufsicht und die Seitenansicht von links dazu angeordnet? Frage 1a KON-2007-01 a) Anzahl und Lage der Ansichten:• Es sind so viele Ansichten notwendig, wie zur eindeutigen Darstellung benötigt werden.• Die Hauptansicht liegt auf dem Zeichenblatt normalerweise oben links, die Draufsicht darunterund die Seitenansicht von links rechts daneben.
• Was bedeuten diese Angaben in einer technischen Zeichnung? Frage 1c KON-2007-01 c) Zeichnungsangaben:• Es liegt eine Lauftoleranz vor.• Die Abweichung der Lauftoleranz des angegebenen Durchmessers darf bei Aufnahme derWelle in den Zapfen A und B nicht größer als 0,05 mm sein.• Die Aufnahme in den Zapfen A und B wird durch die Angabe A – B gekennzeichnet.
• Welcher Grundregel der Konstruierens widerspricht die in der Abbildung gezeigte konstruktive Lösung einer Welle-Nabe-Verbindung? Begründen Sie Ihre Antwort. Wie kann dieser Widerspruch in der Konstruktion gelöst werden? 2b KON-2007-01 b) Grundregelverstoß und dessen Lösung• Die konstruktive Lösung widerspricht der Grundregel „Konstruiere eindeutig“.• Die gleichzeitige Verwendung eines Presssitzes und einer Passfeder in einer Welle-Nabe-Verbindung bringt für die Momentübertragung keine Vorteile, sondern ruft durch die beidensich in nicht eindeutiger Weise überlagernden Kerbspannungen eine schwer vorher berechenbareBeanspruchung des Wellenquerschnittes hervor.• Je nach dem Einsatzfall ist entweder die Lösung mit nur einer Passfeder oder nur einemPresssitz besser und billiger (und entspricht damit auch besser der Grundregel „Konstruiereeinfach“).
• Warum sollen im Maschinen- und Fahrzeugbau bevorzugt hochfeste Schrauben eingesetzt werden? Nennen Sie mindestens drei Gründe. Frage 3 KON-2007-01 • Durch Schrauben sind im Maschinen- und Fahrzeugbau in der Regel große Kräfte zu übertragen.• Zudem besteht die Forderung nach geringem Materialeinsatz. Bei gleicher Belastung wird beihochfesten Schrauben gegenüber niedrigfesten eine kleinere Schraubengröße benötigt.• Dadurch ist eine Reduzierung der Abmessungen der Bauteile im Bereich der Schraube und damitdes gesamten Bauteiles möglich, was zu Materialeinsparung und Bauraumverkleinerung führt.• Zum anderen ist infolge der hohen Vorspannkräfte ein nur geringer relativer Vorspannkraftverlustinfolge Setzen zu verzeichnen, was einen Beitrag zur Lösesicherheit darstellt.
• Kreuzen Sie in der Tabelle des beiliegenden Arbeitsblattes an, welche der nachfolgenden Aussagen • für hydrodynamisch geschmierte Gleitlager • für Wälzlager zutreffend sind. Beachten Sie, dass in jeder Zeile nur ein Kreuz stehen darf. • Gute Stoßaufnahme und Schwingungsdämpfung • Staubempfindlichkeit • Hohe statische Belastbarkeit • Geringe Wartung • Geringe Wärmeentwicklung • Geringer Schmierungsaufwand. Frage 4 KON-2007-01 hydrodynamisch geschmierte Gleitlager- Gute Stoßaufnahme und Schwingungsdämpfung X 1 Pkt- Hohe statische Belastbarkeit X 1 Pkt Wälzlager- Staubempfindlichkeit X 1 Pkt- Geringe Wartung X 1 Pkt- Geringe Wärmeentwicklung X 1 Pkt- Geringer Schmierungsaufwand X 1 Pkt
• Welche Kupplungsmöglichkeiten zum Schutz wertvoller Bauteile gegen Überlastung gibt es bei drehmomentübertragenden Bauteilen? Nennen Sie mindestens zwei, und erklären Sie deren Schutzfunktion. Frage 6 KON-2007-01 Sicherheitskupplungen schützen die nachfolgenden Bauteile vor Überlastung durch zu große Drehmomente.Sie schalten den Kraftfluss momentenbetätigt ab, wenn ein bestimmtes Moment überschrittenwird.Formschlüssige Kupplungen mit Brechbolzen (Sollbruchstelle) unterbrechen den Kraftfluss vollständig, kraftschlüssige Kupplungen begrenzen das Moment auf das Rutschmoment.Reibschlüssige Kupplungen wirken selbsttätig als Sicherheitskupplungen, weil die zu übertragendeUmfangskraft durch die übertragbare Reibungskraft begrenzt wird. Diese ergibt sich aus der Normalkraft und der wirksamen Rutschreibungszahl. Bei Überschreiten des vorgesehenen Momentes beginnt die Kupplung zu rutschen.

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