Herzlich Willkommen im Modul. Konstruktionslehre III/IV Feinwerktechnik (mit feinwerktechnischer Orientierung)
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- Anneliese Hoch
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1 Herzlich Willkommen im Modul Konstruktionslehre III/IV Feinwerktechnik (mit feinwerktechnischer Orientierung) Wahlmöglichkeit für Bachelor-Studiengänge Maschinenwesen und Fahrzeug- und Motorentechnik Prof. Dr.- Ing. B. Gundelsweiler Einführungsvorlesung
2 Stundentafel Bachelor
3 Modulname Konstruktionslehre III/IV - Feinwerktechnik (mit feinwerktechnischer Orientierung) Modulnummer Prof. Dr.- Ing. B. Gundelsweiler Einführungsvorlesung
4 Was ist Feinwerktechnik, wodurch wollen wir uns differenzieren? Einführungsvorlesung
5 Heute hieße Feinwerktechnik Mechatronik Schnittdisziplin Feinwerktechnik
6 Beispiele für Feinwerktechnik Warum benötigen wir einen Modul Konstruktionslehre Feinwerktechnik? Einführungsvorlesung
7 Warum benötigen wir einen Modul Konstruktionslehre Feinwerktechnik? Feinwerktechnik hat andere Dimensionen! Warum Konstruktionslehre Feinwerktechnik?
8 Quelle: IKFF Verbrennungsmotor eines Modellflugzeuges
9 Warum benötigen wir einen Modul Konstruktionslehre Feinwerktechnik? Feinwerktechnik hat andere Dimensionen! Feinwerktechnik ist stark interdisziplinär (Mechanik, Elektrotechnik, Elektronik, Optik,...)! Warum Konstruktionslehre Feinwerktechnik?
10 Warum benötigen wir einen Modul Konstruktionslehre Feinwerktechnik? Feinwerktechnik hat andere Dimensionen! Feinwerktechnik ist stark interdisziplinär (Mechanik, Elektrotechnik, Elektronik, Optik,...)! Feinwerktechnik hat einen starken mechatronischen Charakter! Warum Konstruktionslehre Feinwerktechnik?
11 Quelle: pcseek Spurabstände kleiner 0,2 2 m, Spurfolgegenauigkeit kleiner 100 nm Kopfflughöhe 10 nm, mittlere Positionierzeit 10 ms, Vergleich Haar m, d.h. 20(0)...40(0) Spuren pro Haar Quelle: IKFF Festplattenlaufwerk
12 Quelle: Storz Tuttlingen Endoskope
13 Technische Daten: Außendurchmesser: 7 mm Länge: 7,5 mm Hub : 2 mm Bohrungsdurchmesser: 3,5 mm Nennkraft: 70 mn Quelle: IKFF Aktorik: Miniaturmotor mit integrierter Positionserfassung
14 Permanentmagnetisch erregter Gleichstrom-Hohlläufermotor für hochdynamische Positionieraufgaben mit angeflanschtem inkrementalem Geber mit stirnseitigem Umlaufräder- Getriebe Quelle: maxon motor Kleinmotor
15 Warum benötigen wir einen Modul Konstruktionslehre Feinwerktechnik? Feinwerktechnik hat andere Dimensionen! Feinwerktechnik ist stark interdisziplinär (Mechanik, Elektrotechnik, Elektronik, Optik,...)! Feinwerktechnik hat einen starken mechatronischen Charakter! Feinwerktechnik hat sehr heterogene, aber auch vielfältige Einsatzfelder! Warum Konstruktionslehre Feinwerktechnik?
16 Feinwerktechnische Erzeugnisse mit dominierendem Informationsfluss Informationsgewinnung verarbeitung übertragung speicherung ausgabe Fernrohr Mikroskop Uhren Messtechnik Sensoren Digitalisiergeräte Rechner aller Art Fax, Fernsprech- Rundfunk-, Fernseh-, Radar-, Satellitenempfangsgeräte Tonbandgeräte, Plattenspeicher, Mikrofilmgeräte, Fotogeräte Videogeräte Bildschirmgeräte, Projektoren, Plotter Drucker Fahrzeugkomponenten Steuerungen, Anzeige-, Navigationsund Informationssysteme, Feinwerktechnik
17 Quelle: Bosch Reutlingen Sensoren, Aktoren für Sicherheitssysteme im PKW
18 Feinwerktechnische Erzeugnisse mit dominierendem Energie- oder Stofffluss Bürotech -nik Medizin- und Labortechnik Technisches Spielzeug Produktionstechnik Haustechnik Fahrzeugkomponenten Manipulatoren Elektronenstrahl- und Laserbearbeitungsgeräte, Bonder, Beschichtungsanlagen, Repaeter Schreibmaschinen, Vervielfältigungsgeräte Bestrahlungs- Operationstechnik, Prothesen, künstliche Organe, Analysegeräte Kühlschränke Waschmaschinen, Staubsauger, Herde, Nähmaschinen Modellspielzeug, Mechanik-, Optik-, Elektronik- Baukästen, Spielautomaten Stelltechnik, Klimaanlage, Feinwerktechnik
19 Quelle: Gaggenau Hausgeräte Dampfbackofen
20 Warum benötigen wir einen Modul Konstruktionslehre Feinwerktechnik? Feinwerktechnik hat andere Dimensionen! Feinwerktechnik ist stark interdisziplinär (Mechanik, Elektrotechnik, Elektronik, Optik,...)! Feinwerktechnik hat einen starken mechatronischen Charakter! Feinwerktechnik hat sehr heterogene, aber auch vielfältige Einsatzfelder! Feinwerktechnik hat zusätzlich andere Werkstoffe und Fertigungsverfahren! Warum Konstruktionslehre Feinwerktechnik?
21 Quelle: IKFF Spritzgusszyklus
22 Was erwartet Sie im Modul Konstruktionslehre Feinwerktechnik? Konstruktionslehre Feinwerktechnik
23 Konstruktionslehre (Feinwerktechnik) III Mechanische Funktionsgruppen - Achsen und Wellen - Lager (Gleit-, Wälz- und Sonderlager, aerostatische Lager) - Führungen - Getriebe, Zahnradgetriebe - Koppelgetriebe - Zahnriemengetriebe, andere Zugmittelgetriebe - Schraubengetriebe - Kupplungen Fertigungsgerechtes Gestalten - ausgewählte Fertigungsverfahren - Gestalten von Kunststoffkomponenten (Spritzguss) - Blechteile - Optik-Fassungen Ausgewählte Funktionsgruppen - Beispiele Inhalte Konstruktionslehre Feinwerktechnik III
24 Permanentmagnetisch erregter Gleichstrom-Hohlläufermotor für hochdynamische Positionieraufgaben mit angeflanschtem inkrementalem Geber mit stirnseitigem Umlaufräder-Getriebe Quelle: maxon motor Kleinmotor
25 Rillenkugellager Schrägkugellager Vierpunktlager Pendelkugellager Quelle: FAG-Katalog Radial-Kugellager
26 Lagerspalt in einem Sinterlager a) bei stillstehender Welle b) bei laufender Welle Quelle: Schunk Sintermetalltechnik Gleitlager / Sinterlager
27 Quelle: PMDM Plattenmotor im Festplattenlaufwerk
28 Quelle: PMDM Plattenmotor im Festplattenlaufwerk
29 Hydrodynamisches Gleitlager in einem Festplattenlaufwerk
30 Quelle: nach J. Schmidt: Luftlagerungen. und Mochel Luftlager/-führung mit poröser Buchse oder diskreten Düsen
31 Federparallelführung mit integrierten Festkörpergelenken
32 Quelle: Maxon Planetenradgetriebe für einen Kleinmotor
33 Quelle: Faulhaber Spielarme Stirnradstandgetriebe für Kleinmotoren
34 Bildquelle: Volvo Koppelgetriebe im Faltdach
35 Quelle: F&M 110(2002)10 Zuliefermarkt, S. 57; THK Ratingen Kugelgewindetrieb in Kugelkettentechnik
36 Konstruktionslehre (Feinwerktechnik) III Mechanische Funktionsgruppen - Achsen und Wellen - Lager (Gleit-, Wälz- und Sonderlager, aerostatische Lager) - Führungen - Getriebe, Zahnradgetriebe - Koppelgetriebe - Zahnriemengetriebe, andere Zugmittelgetriebe - Schraubengetriebe - Kupplungen Fertigungsgerechtes Gestalten - ausgewählte Fertigungsverfahren - Gestalten von Kunststoffkomponenten (Spritzguss) - Blechteile - Optik-Fassungen Ausgewählte Funktionsgruppen der Messtechnik - Messkette, Kraftmess-, Längenmesstechnik Inhalte Konstruktionslehre Feinwerktechnik III
37 Quelle: IKFF Spritzguss: Werkzeug zur Entformungskraftmessung
38 Konstruktionslehre (Feinwerktechnik) IV Elektromechanische Funktionsgruppen (mechatronische Komponenten) - Elektromagnetische Stelltechnik (Elektromagnete, Schrittmotoren) - Elektrodynamische Stelltechnik (rotatorische Gleichstrommotoren, Linearmotoren) - Stelltechnik auf Basis von Festkörpereffekten Optische Funktionsgruppen - Blenden, Luken, Pupillen, nötige Querschnitte in opt. FG - Konstruktion optischer Funktionsgruppen Konstruktionsmethodik - Ideenfindung - Geräteentwicklung - Entwicklungsablauf (VDI 2221, VDI/VDE 2422) (elektromechanischer Geräte mit Mikrorechnersteuerung) - Methoden des Konzipierens, Entwerfens, Ausarbeitens Inhalte Konstruktionslehre Feinwerktechnik IV
39 Hybrid - Schrittmotor am weitesten verbreiteter Schrittmotortyp Quelle: SIG Positec Hybrid-Schrittmotor
40 Permanentmagnetisch erregter Gleichstrom-Hohlläufermotor für hochdynamische Positionieraufgaben mit angeflanschtem inkrementalem Geber mit stirnseitigem Umlaufräder-Getriebe Quelle: maxon motor Kleinmotor
41 ZF Automatgetriebe 8 Gang 8HP70H Mild Hybrid Quelle: Schmiede-Journal_März_2011 ZF Automatgetriebe 8 Gang Mild Hybrid
42 Piezo-Inline-Injektor Fa. Bosch für Diesel-Comman-Rail-Hochdruckeinspritzsysteme (1600 bar) Quelle: Bosch Piezo-Inline-Injektor Fa. Bosch
43 Quelle: Märklin Piezo-Mikrostossantrieb in einer Modelleisenbahn
44 Verformung des Vibrationselementes Video zeigt FEM Simulation Verformung übertrieben dargestellt! Schwingungen liegen im Mikrometerbereich Quelle: Elliptec, Dortmund Piezo-Mikrostossantrieb Fa. Elliptec
45 Quelle: Elliptec, Dortmund Piezo-Mikrostossantrieb in Spielzeugen
46 Quelle: Elliptec, Dortmund Piezo-Mikrostossantrieb in Spielzeugen
47 Quelle: PI Karlsruhe Bi-Moden-Schwinger PI Karlsruhe
48 Konstruktionslehre (Feinwerktechnik) IV Elektromechanische Funktionsgruppen (mechatronische Komponenten) - Elektromagnetische Stelltechnik (Elektromagnete, Schrittmotoren) - Elektrodynamische Stelltechnik (rotatorische Gleichstrommotoren, Linearmotoren) - Stelltechnik auf Basis von Festkörpereffekten Optische Funktionsgruppen - Blenden, Luken, Pupillen, nötige Querschnitte in opt. FG - Konstruktion optischer Funktionsgruppen Konstruktionsmethodik - Ideenfindung - Geräteentwicklung - Entwicklungsablauf (VDI 2221, VDI/VDE 2422) (elektromechanischer Geräte mit Mikrorechnersteuerung) - Methoden des Konzipierens, Entwerfens, Ausarbeitens Inhalte Konstruktionslehre Feinwerktechnik IV
49 Quelle: Storz Tuttlingen Endoskope
50 Konstruktionslehre (Feinwerktechnik) IV Elektromechanische Funktionsgruppen (mechatronische Komponenten) - Elektromagnetische Stelltechnik (Elektromagnete, Schrittmotoren) - Elektrodynamische Stelltechnik (rotatorische Gleichstrommotoren, Linearmotoren) - Stelltechnik auf Basis von Festkörpereffekten Optische Funktionsgruppen - Blenden, Luken, Pupillen, nötige Querschnitte in opt. FG - Konstruktion optischer Funktionsgruppen Konstruktionsmethodik - Ideenfindung - Geräteentwicklung - Entwicklungsablauf (VDI 2221, VDI/VDE 2422) (elektromechanischer Geräte mit Mikrorechnersteuerung) - Methoden des Konzipierens, Entwerfens, Ausarbeitens Inhalte Konstruktionslehre Feinwerktechnik IV
51 Tintendruck vorzugsweise im Drop-on-Demand-Verfahren thermisches Verfahren mit Heizelement(en) mechanisches Verfahren mit Piezotechnik Quelle: FH Augsburg Tintenstrahldruck
52 Thermisches Verfahren mit elektrischen Heizelementen (Firma Hewlett-Packard in Inkjet-Druckern, Firma Canon in Bubblejet-Printer) Quelle: FH Augsburg -hinter jeder Düse des Druckkopfes kleiner Heizwiderstand, erhitzt Tinten -durch schnelle Hitzeentwicklung bildet sich in der Tinte eine Luftblase, die sich schlagartig ausdehnt, -die durch die Blase verdrängte Tinte wird blitzartig aus der Düse geschleudert. -Abkühlen, Luftblase fällt in sich zusammen, -Kontraktion der Luftblase führt zu Unterdruck, saugt neue Tinte in die Düse, nächster Zyklus Thermischer Tintenstrahldruck
53 Thermisches Verfahren mit elektrischen Heizelementen (Firma Hewlett-Packard in Inkjet-Druckern, Firma Canon in Bubblejet-Printer) Quelle: FH Augsburg -hinter jeder Düse des Druckkopfes kleiner Heizwiderstand, erhitzt Tinten -durch schnelle Hitzeentwicklung bildet sich in der Tinte eine Luftblase, die sich schlagartig ausdehnt, -die durch die Blase verdrängte Tinte wird blitzartig aus der Düse geschleudert. -Abkühlen, Luftblase fällt in sich zusammen, -Kontraktion der Luftblase führt zu Unterdruck, saugt neue Tinte in die Düse, nächster Zyklus Thermischer Tintenstrahldruck
54 Thermisches Verfahren mit elektrischen Heizelementen (Firma Hewlett-Packard in Inkjet-Druckern, Firma Canon in Bubblejet-Printer) Quelle: FH Augsburg -hinter jeder Düse des Druckkopfes kleiner Heizwiderstand, erhitzt Tinten -durch schnelle Hitzeentwicklung bildet sich in der Tinte eine Luftblase, die sich schlagartig ausdehnt, -die durch die Blase verdrängte Tinte wird blitzartig aus der Düse geschleudert. -Abkühlen, Luftblase fällt in sich zusammen, -Kontraktion der Luftblase führt zu Unterdruck, saugt neue Tinte in die Düse, nächster Zyklus Thermischer Tintenstrahldruck
55 Thermisches Verfahren mit elektrischen Heizelementen (Firma Hewlett-Packard in Inkjet-Druckern, Firma Canon in Bubblejet-Printer) Quelle: FH Augsburg -hinter jeder Düse des Druckkopfes kleiner Heizwiderstand, erhitzt Tinten -durch schnelle Hitzeentwicklung bildet sich in der Tinte eine Luftblase, die sich schlagartig ausdehnt, -die durch die Blase verdrängte Tinte wird blitzartig aus der Düse geschleudert. -Abkühlen, Luftblase fällt in sich zusammen, -Kontraktion der Luftblase führt zu Unterdruck, saugt neue Tinte in die Düse, nächster Zyklus Thermischer Tintenstrahldruck
56 Thermisches Verfahren mit elektrischen Heizelementen (Firma Hewlett-Packard in Inkjet-Druckern, Firma Canon in Bubblejet-Printer) Quelle: FH Augsburg -hinter jeder Düse des Druckkopfes kleiner Heizwiderstand, erhitzt Tinten -durch schnelle Hitzeentwicklung bildet sich in der Tinte eine Luftblase, die sich schlagartig ausdehnt, -die durch die Blase verdrängte Tinte wird blitzartig aus der Düse geschleudert. -Abkühlen, Luftblase fällt in sich zusammen, -Kontraktion der Luftblase führt zu Unterdruck, saugt neue Tinte in die Düse, nächster Zyklus Thermischer Tintenstrahldruck
57 Thermisches Verfahren mit elektrischen Heizelementen (Firma Hewlett-Packard in Inkjet-Druckern, Firma Canon in Bubblejet-Printer) Quelle: FH Augsburg -hinter jeder Düse des Druckkopfes kleiner Heizwiderstand, erhitzt Tinten -durch schnelle Hitzeentwicklung bildet sich in der Tinte eine Luftblase, die sich schlagartig ausdehnt, -die durch die Blase verdrängte Tinte wird blitzartig aus der Düse geschleudert. -Abkühlen, Luftblase fällt in sich zusammen, -Kontraktion der Luftblase führt zu Unterdruck, saugt neue Tinte in die Düse, nächster Zyklus Thermischer Tintenstrahldruck
58 Mechanisches Verfahren mit Piezorohr (Firma Epson) Quelle: FH Augsburg - Tintenbehälter durch Piezorohr unter Druck gesetzt, dieses verändert durch Spannung seine Größe - Der Druckkopf wird nicht mit jeder Tintenpatrone gewechselt, da die Herstellungskosten dieser Köpfe wesentlich höher sind. Sie sind wesentlich robuster und langlebiger ausgelegt als die der thermischen Variante. Piezoelektrischer Tintenstrahldruck
59 Mechanisches Verfahren mit Piezorohr (Firma Epson) Quelle: FH Augsburg - Tintenbehälter durch Piezorohr unter Druck gesetzt, dieses verändert durch Spannung seine Größe - Der Druckkopf wird nicht mit jeder Tintenpatrone gewechselt, da die Herstellungskosten dieser Köpfe wesentlich höher sind. Sie sind wesentlich robuster und langlebiger ausgelegt als die der thermischen Variante. Piezoelektrischer Tintenstrahldruck
60 Mechanisches Verfahren mit Piezorohr (Firma Epson) Quelle: FH Augsburg - Tintenbehälter durch Piezorohr unter Druck gesetzt, dieses verändert durch Spannung seine Größe - Der Druckkopf wird nicht mit jeder Tintenpatrone gewechselt, da die Herstellungskosten dieser Köpfe wesentlich höher sind. Sie sind wesentlich robuster und langlebiger ausgelegt als die der thermischen Variante. Piezoelektrischer Tintenstrahldruck
61 Zeichenwagen des Plotters HP 7550 A
62 Ansichten des Plotters HP 7550 A
63 Konstruktionslehre (Feinwerktechnik) IV Elektromechanische Funktionsgruppen (mechatronische Komponenten) - Elektromagnetische Stelltechnik (Elektromagnete, Schrittmotoren) - Elektrodynamische Stelltechnik (rotatorische Gleichstrommotoren, Linearmotoren) - Stelltechnik auf Basis von Festkörpereffekten Optische Funktionsgruppen - Abbildungsgesetze, Linsen, Linsensysteme (Wdhlg.) - Funktionsgruppen, Blenden, Luken, Pupillen, Abbildungsfehler Konstruktionsmethodik - Ideenfindung - Geräteentwicklung - Entwicklungsablauf (VDI 2221, VDI/VDE 2422) (elektromechanischer Geräte mit Mikrorechnersteuerung) - Methoden des Konzipierens, Entwerfens, Ausarbeitens Inhalte Konstruktionslehre Feinwerktechnik IV
64 Konstruktionswettbewerb 2012 Weinlese Konstruktionswettbewerb 2012
65 Konstruktionswettbewerb 2012
66 Viel Spaß in der Konstruktionslehre Feinwerktechnik Dies ist keine Vorentscheidung für eine Studienrichtung oder für ein Hauptfach! Konstruktionslehre Feinwerktechnik
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