FEINWERKTECHNISCHE KONSTRUKTION

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1 Übungen zu FEINWERKTECHNISCHE KONSTRUKTION Zur Vorlesung von Prof. Dr.-Ing. Andreas Ettemeyer Prof. Dr.-Ing. Peter Leibl Dipl.-Ing. Otto Olbrich Fachhochschule München Fachbereich 06 - Feinwerk- und Mikrotechnik Version 10.4 vom

2 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 Inhalt Inhalt Allgemeines Kappe Einstellflansch Flansch Rohr Winkel Verschraubung Löten Deckel Überlappverbindung Bolzen Elektroniklöten Schweißen Lasche Druckdichte Verbindung Buckelschweißen Laserstrahlschweißen Deckel Kleben Zahnrad Klebefuge T-Klebverbindung Folienverbindung Glasplatte Verbindungen Feste Verbindung Drehgelenkverbindung Verbindungsverfahren Steuergestänge...21

3 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Welle-Nabe-Verbindung T-Verbindung Verschiedene Verbindungen Wellenverbindung Gelenkige Verbindung Feder- und Rohrbefestigung Wärmeleitende Verbindung Blechverbindung Blindnietverbindung Eckknoten Toleranzen und Passungen Form- und Lagetoleranzen Fräs- und Bohrteil Form- und Lagetoleranzen Welle Drehteil Passung Gleitlager Passung (2) Passung (3) Passung (4) Gelenkverbindung ISO Toleranzen Passungsangaben Buchse Schwinge Lagerbuchse Rillenkugellager Übermaß- und Übergangspassung Stift Wellenzapfen Kugellager Welle Achse Stahlteil Schrauben Passschraube Gestellschraube Schrauben und dynamische Beanspruchung Schraubensicherung...38

4 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Blechverbindung Federn Blattfeder (1) Blattfeder (2) Schraubenfeder Federsystem (1) Federsystem (2) Blattfeder (3) Stoßkraftbegrenzer Blattfeder (4) Druckfedern Kraft-Weg-Diagramm Federkonstanten Zugfeder Drehfeder (1) Drehfeder (2) Gleitlager Radiallager Wälzlager Rillenkugellager (1) Rillenkugellager (2) Transportrollenlagerung Radlagerung (1) Radlagerung (2) Getriebe Zahnräder Räderpaar...66

5 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 1 Allgemeines 1.1 Kappe Zeichne den Schnitt A-A und bemaße das Teil vollständig (M = 2:1)

6 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Einstellflansch Zeichne den Schnitt A-A und bemaße das Teil vollständig (M = 1:1). Toleriere den Lauf der angegebenen Fläche auf 50µm gegenüber dem Zylinder Ø20

7 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Flansch Zeichne den Schnitt A-A und bemaße das Teil vollständig (M = 1:1).

8 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Rohr Zeichne den Schnitt A-A und bemaße das Teil vollständig (M = 1:1). Toleriere den Rundlauf der Bohrung 28 gegenüber dem Zylinder Ø 24 (Bezugselement B)

9 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Winkel Zeichne die drei Ansichten des Teils im Maßstab 1:1 und bemaße es vollständig.

10 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Verschraubung

11 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 2 Löten 2.1 Deckel Der dargestellte Deckel ist an ein Rohr (R m = 350 N/mm 2 ) mit Kupferlot angelötet. Der Innendruck des Rohres beträgt schwellend bis zu 10 bar = 1,0 N/mm 2 a) Ist die vorgesehene Lötfläche ausreichend? b) Wie groß muss die Lötfläche sein, damit diese und das Rohr die gleichen Festigkeitswerte aufweisen? 2.2 Überlappverbindung Eine einfache Überlappverbindung soll gelötet werden. Die zulässige Scherfestigkeit beträgt 30 N/mm 2. a) Welche Kraft F kann bei einer Breite b=40 mm übertragen werden? b) Soll diese kraftübertragende Lötverbindung vorzugsweise weich- oder hartgelötet werden?

12 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Bolzen Ein Bolzen soll in eine Platte eingelötet werden. Beide Teile sind aus unlegiertem Stahl. Skizzieren Sie die Lötstelle so, dass das Lot den Lötspalt zwischen Bolzen und Bohrung in der Platte beim Lötvorgang zuverlässig füllen kann. a) Zeichnen Sie in Ihre Skizze nach a) eine Möglichkeit für eine günstige Lotzuführung ein und geben Sie an, wie nach dem Löten bei der von Ihnen gewählten Lösung visuell und zerstörungsfrei geprüft werden kann, ob der Lötspalt ausgeflossen ist. b) Eignet sich hierfür: (die richtige Antwort ist anzukreuzen) nur Weichlöten nur Hartlöten Hart- und Weichlöten 2.4 Elektroniklöten Nennen Sie mehrere Erwärmungsverfahren zum serienmäßigen Löten der Bauteile auf Elektronikleiterplatten.

13 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 3 Schweißen 3.1 Lasche Eine Lasche aus St 37 ist an einem Bauteil biegesteif angeschweißt. Die Belastung beträgt schwellend bis zu 10 kn. Ist die Schweißnaht der Bewertungsgruppe C ausreichend dimensioniert, für a) α = 0, b) α = 45 c) α = 90

14 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06

15 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Druckdichte Verbindung Nennen Sie 2 geeignete Schweißverfahren zum druckdichten Schweißen eines Bodens auf ein Rohr, beide Teile aus Edelstahl, gemäß Bild l. 3.3 Buckelschweißen Gegeben sind 2 Stahlbleche ca. 200 mm x 200 mm mit 15 mm Überlappung a) Was bewirkt der Buckel beim Buckelschweißen? b) Bei welcher der beiden in Bild 3.1 und 3.2 skizzierten Schweißverbindungen wäre Buckelschweißen vorteilhaft gegenüber Punktschweißen? 3.4 Laserstrahlschweißen Ein Deckel soll mittels Laserstrahlschweißen rundum auf das Rohr geschweißt werden. Siehe Bild. Beide Teile Stahl. Skizzieren Sie 2 verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten der Schweißstelle und kennzeichnen Sie die Richtung des Laserstrahls auf die Schweißnaht. Die Teile können im Bereich der Schweißstelle entsprechend der gewählten Lösungen umgestaltet werden.

16 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Deckel Der Deckel soll mittels Ultraschall auf die Stirnseite des Rohres geschweißt werden. Beide Teile Kunststoff. Gestalten Sie die Verbindungsstelle so, dass ein Energierichtungsgeber entsteht und dass der Schweißgrat nicht nach außen austreten kann. Deckel und/oder Rohr sind an der Verbindungsstelle entsprechend umzugestalten.

17 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 4 Kleben 4.1 Zahnrad Ein Zahnrad ist auf eine Welle mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Breite von 5 mm geklebt. Die Bindefestigkeit des Klebers beträgt τ kb = 1O N/mm² bei 25 C a) Welches schwellende Drehmoment kann die Klebeverbindung übertragen? Die Klebung der Stirnfläche ist zu vernachlässigen. b) Welche Klebelänge ist erforderlich, wenn die Klebeschicht und der Durchmesser von 10 mm gleich große Bruchmomente aufweisen sollen? 4.2 Klebefuge Welche mechanischen Beanspruchungen auf eine Klebefuge sollen vermieden werden, weil eine Klebung bei diesen Beanspruchungen auch bei normalen Umgebunsbedingungen nur eine geringe Festigkeit hat? 4.3 T-Klebverbindung In der Abbildung sind ein Messingstreifen mit der Dicke s= 1mm und ein Kunststoff streifen mit der Dicke s= 1,7mm gegeben. Diese Werkstücke sollen fest unter einem Winkel ß= 90 verbunden werden. Geben Sie mindestens zwei grundverschiedene zweckmäßig gestaltete Klebeverbindungen an. 4.4 Folienverbindung Nennen Sie 2 Möglichkeiten, eine Metallfolie von 50mm x 50mm Größe voll flächig auf eine ebene lackierte Fläche dauerhaft aufzukleben. Die Folie soll dabei knick- und faltenfrei bleiben. Geben Sie die Kleberart und die wesentlichen Arbeitsschritte an.

18 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Glasplatte Die Glasplatte Länge 50 mm soll in die Aluminiumplatte eingeklebt werden. Die Kraft F, durch die die Klebung beansprucht wird, kann in den gezeichneten Richtungen wirken. Skizzieren Sie die Verbindungsstelle und geben Sie eine geeignete Kleberart an. Die Klebefuge soll eine gewisse Elastizität auf weisen.

19 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 6 Verbindungen 6.1 Feste Verbindung Die in den Skizzen 1a bis 1d. dargestellten Bauteile sind entsprechend den gegebenen Lagezuordnungen miteinander zu verbinden Geben Sie für jede der gezeigten Bauteilezuordnungen mehrere infrage kommende Verbindüngsverfahren und die entsprechenden Gestaltungsmöglichkeiten der Verbindungen an. Für die Werkstoffe der Verbindungsteile gilt: Anmerkung: Die Teile dürfen um die Verbindungsstelle der gewählten Lösung angepasst werden..

20 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Drehgelenkverbindung Die beiden Elemente 1 und 2 entsprechend folgender Darstellung sind so zu verbinden, dass sie gegeneinander gedreht werden können. Geben Sie möglichst viele Gestaltungsmöglichkeiten für diese Drehgelenkverbindung an. Anmerkung: Die Teile dürfen um die Verbindungsstelle der ge-wählten Lösung angepasst werden. 6.3 Verbindungsverfahren Die Bilder la bis l c zeigen Lagezuordnungen von Bauteilen. Gesucht sind jeweils mehrere infrage kommende Verbindungsverfahren und die entsprechenden Gestaltungsmöglichkeiten für die Verbindung der Bauteile bei der gegebenen Zuordnung. Anmerkung: Die Teile dürfen um die Verbindungsstelle der ge-wählten Lösung angepasst werden.

21 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Steuergestänge Das Werkstuck1 - Werkstoff St 37 - eines Steuergestänges ist mit dem Werkstück 2 - Welle aus St 42 - so zu verbinden, dass eine feste Verbindung entsteht, die Drehmoment und Axialkräfte übertragen kann. Geben Sie mindestens drei verschiedenartige Verbindungsmöglichkeiten an. Die Einzelteile dürfen in ihrer Geometrie an der Verbindungsstelle leicht umgestaltet werden. 6.5 Welle-Nabe-Verbindung Skizzieren Sie je eine Welle-Nabe-Verbindung für die Maße nach Bild 2. (Die Form von Welle und Nabenbohrung ist der gewählten Lösung anzupassen.) a) Zur Übertragung von Drehmoment und Axialkraft. b) Zur Übertragung von Drehmoment bei axialer Verschiebbarkeit. Anmerkung: Die Teile dürfen um die Verbindungsstelle der gewählten Lösung angepasst werden.

22 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB T-Verbindung Geben Sie mindestens zwei grundverschiedenartige Lösungsvarianten für :eine T-Verbindung für dünne Bleche an. Die Blechdicke von Teil 1 und Teil 2 beträgt d=2 mm. Anmerkung: Die Teile dürfen um die Verbindungsstelle der gewählten Lösung angepasst werden. 6.7 Verschiedene Verbindungen Die in den Skizzen 1a bis 1c dargestellten Bauteile sind entsprechend den gegebenen Lagezuordnungen miteinander zu verbinden. Geben Sie jeweils mehrere in Frage kommende Verbindungsverfahren und die entsprechenden Gestaltungsmöglichkeiten an. Die Teile dürfen im Bereich der Verbindung entsprechend umgestaltet werden. 6.8 Wellenverbindung Eine glatte Welle soll mit einer glatten Bohrung so verbunden werden, dass Kräfte und Momente übertragbar sind. Die Bohrung darf hierzu in ihrem Durchmesser verändert werden, wenn es die gewählte Losung erfordert. Geben Sie 3 Lösungsmöglichkeiten an; mindestens eine ist deutlich zu skizzieren.

23 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Gelenkige Verbindung Ein zylindrisches Bauteil soll bei geringem Spiel (einige 0,01 mm) gelenkig mit einem Blechhebel verbunden werden Gesucht sind mehrere Lösungsmöglichkeiten für die Gelenkverbindung. Geben Sie die erforderlichen Passungen im System Einheitsbohrung an. Anmerkung: Die Teile dürfen um die Verbindungsstelle der gewählten Lösung angepasst werden Feder- und Rohrbefestigung Skizzieren Sie jeweils 2 Lösungsmöglichkeiten für die dargestellten Verbindungen. Die Federbefestigung ist als unlösbare, die Rohrbefestigung als lösbare Verbindung zu gestalten. Anmerkung: Die Teile dürfen um die Verbindungsstelle der gewählten Lösung angepasst werden.

24 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Wärmeleitende Verbindung Das Bild zeigt ein flaches Teil l und ein Rohr 2. Die Teile sollen so verbunden werden, dass eine gut wärmeleitende Verbindung entsteht und die Teile aneinander anliegen. Benennen Sie möglichst präzise drei verschiedene Verbindungsverfahren und skizzieren Sie die jeweils zugehörige Gestaltung der Verbindungsstelle. Anmerkung: Die Teile dürfen um die Verbindungsstelle der gewählten Lösung angepasst werden Blechverbindung Die beiden 25 mm breiten blanken Bleche nach Bild 2 sollen miteinander verbunden werden. Skizzieren Sie 2 verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten der Verbindungssteile und geben Sie auch eventuell benötigte Zusatzwerkstoffe oder -teile möglichst vollständig an. Die Bleche können im Bereich der Verbindungsstelle entsprechend der gewählten Lösung umgestaltet werden Blindnietverbindung Die beiden Blechteile l und 2 aus 2 mm St-Blech im Bild sind an der Ecke mittels Blindnieten zu verbinden. Gestalten Sie die Ecke so, dass ohne Zusatzteile (außer Nieten) eine steife Verbindung entsteht und kennzeichnen Sie die Stellen für die ungefähre Lage der Niete. Die Lage der Teile zueinander soll erhalten bleiben. Anmerkung: Die Teile dürfen um die Verbindungsstelle der gewählten Lösung angepasst werden.

25 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Eckknoten Skizzieren Sie für den Eckknoten drei verschiedene Verbindungsmöglichkeiten hoher Festigkeit. An dem Knoten sind 3 Vierkantstahlrohre 30 mm x 30 mm x 2 mm Wandstärke senkrecht aufeinander stehend zusammengeführt. Um die Verbindungsstelle dürfen die Rohre der gewählten Lösung entsprechend angepasst werden.

26 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 7 Toleranzen und Passungen 7.1 Form- und Lagetoleranzen Fräs- und Bohrteil 1.1 Tolerieren Sie die Geradheit der Fläche 1 mit dem Toleranzwert 0, Tolerieren Sie die Geradheit der Achse der Bohrung 10 mit dem Toleranzwert 0,1. 2. Tolerieren Sie die Ebenheit der Flächen 3 und 9 mit dem Toleranzwert 0,2. 3. Tolerieren Sie die Rundheit der Bohrung 10 mit dem Toleranzwert 0,3. 4. Tolerieren Sie die Zylinderform der Bohrung 10 mit dem Toleranzwert 0, Tolerieren Sie die Parallelität der Fläche 3 zur Fläche l mit dem Toleranzwert 0,4. Bezeichnen Sie dazu die Fläche 1 mit einem Bezugsbuchstaben. 5.2 Tolerieren Sie die Parallelität der Fläche 9 zur Fläche 8 mit dem Toleranzwert 0,05 und verbinden Sie dazu das Bezugsdreieck direkt mit dem Toleranzrahmen. 5.3 Tolerieren Sie die Achse der Bohrung 11 so, dass sie mit dem Toleranzwert 0,2 parallel zur Achse der Bohrung 10 und mit dem Toleranzwert 0,4 parallel zur Fläche l ist. 5.4 Tolerieren Sie die Achse der Bohrung 12 so, dass sie innerhalb eines Toleranzzylinders mit 00,2 parallel zur Achse der Bohrung 10 liegt. 6.1 Tolerieren Sie die Rechtwinkel igkeit der Fläche 2 zur Fläche 3 mit dem Toleranzwert 0,5 und verbinden Sie dazu das Bezugsdreieck direkt mit dem Toleranz r ahmen. 6.2 Tolerieren Sie die Rechtwinkeligkeit der Fläche 7 zur Fläche 1 mit dem Toleranzwert 0,1. Von der Bezugsfläche 1 sollen dazu nur die Bereiche 10 mm von der rechten und linken Kante als Bezugsstellen benutzt werden und mit Bezugsbuchstaben bezeichnet werden. 6.3 Tolerieren Sie die Achse der Bohrung 10 so, dass sie innerhalb eines Zylinders vom Ø0,4 liegt, der rechtwinkelig auf der Fläche 8 steht. Das Bezugsdreieck soll direkt mit dem Toleranzrahmen verbunden werden. 6.4 Tolerieren Sie die Rechtwinkligkeit der Fläche 1 zur Fläche 8. Von der Bezugsfläche 8 sollen 3 Stellen, die nahe an weit auseinander liegenden Ecken sind, als Bezugsstellen benutzt werden. Die Bezugsstellen sind zu bezeichnen.

27 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 7. Tolerieren Sie die Neigung der Fläche 4 zur Fläche 3 mit dem Toleranzwert 0,4 und verbinden Sie dazu den Toleranzrahmen direkt mit dem Bezugsdreieck. Der Winkel zwischen der Fläche 3 und der Verlängerung der Fläche 4 beträgt Tolerieren Sie die Neigung der Fläche 4 zur Fläche l mit dem Toleranzwert 0,4. Bezeichnen Sie dazu die Fläche 1 mit einem Bezugsbuchstaben. Die Neigung der Fläche 4 zur Fläche l beträgt Tolerieren Sie die Lage der Fläche 3 zur Fläche 1 mit einer Positionstoleranz mit dem Toleranzwert 0,2. Bezeichnen Sie dazu die Fläche 1 mit einem Bezugsbuchstaben. 10. Tolerieren Sie die Position der Mitten der Bohrungen 10, 11, 12 mit dem Toleranzwert 00,2. Die Lage der Bohrungen ist auf die Flächen 1 und 7 zu beziehen. 11. Tolerieren Sie die Achse der Bohrung 10 mit einer Positionstoleranz mit dem Toleranzwert Ø0,4. Bezug hierfür ist primär die Fläche 9, sekundärer die Fläche 1 und tertiärer die Fläche Form- und Lagetoleranzen Welle 1. Tolerieren Sie die Koaxialität der zylindrischen Fläche 4 mit dem Toleranzwert Ø0,02 zu den Achsen der beiden Zapfen 1 und Tolerieren Sie mit Symmetrietoleranz die Mitte der beiden Seitenflächen der Nut 8 so, dass die im Bild übertrieben dargestellte Abweichung innerhalb des Toleranzwertes 0,1, bezogen auf die Achsen der beiden Zapfen 1 und 7, liegt. 3.1 Tolerieren Sie den Rundlauf des Zylinders 6 mit dem Toleranzwert 0,2 bezogen auf die Achsen der beiden Zapfen l und Tolerieren Sie mit Lauftoleranz den Schlag der Kegelfläche 3 bezogen auf die Achsen der beiden Zapfen 1 und 7.

28 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Drehteil a) Zeichnen Sie den Schnitt AB (Alle Bohrungen sind Durchgangsbohrungen.) b) Bemaßen Sie das Teil vollständig. c) Tolerieren Sie mit Lagetoleranzen den Zylinder symmetrisch zur Mitte des Gewindes und die Bohrung parallel zum Zylinderboden. d) Geben Sie die Allgemeintoleranzen für Maße, Form und Lage an. 7.4 Passung Gegeben sind eine Bohrung Ø5 H7 und eine Welle Ø5 f6. a) Handelt es sich hier um eine Spiel-, Übergangs- oder Übermaßpassung? b) Wie groß sind die Nennmaße der Bohrung und der Welle. c) Wie groß sind die Toleranzen? d) Bestimmen Sie jeweils das untere und obere Abmaß. e) Ermitteln Sie das größte und kleinste Spiel bzw. Übermaß

29 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Gleitlager Gegeben ist der Konstruktionsausschnitt eines Gleitlagers und die ISO - Passungstabelle. Die Buchse C ist in Teil A eingepresst. Es ist das System Einheitswelle anzuwenden. a) Die Übermaßpassung ist so zu wählen, dass ein Übermaß zwischen 1 und 3 eingehalten wird. b) Die Gleitlagerpassung ist so zu wählen, dass noch Spiel vorhanden ist, wenn die Welle über die Lagerlänge 15 µm durchgebogen ist.

30 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Passung (2) Geben Sie für die gegebene Gelenkverbindung alle erforderlichen Passungen im System Einheitsbohrung an. Teil 2 ist in Teil 1 und Teil 3 in Teil 4 eingepresst. 7.7 Passung (3) Gesucht sind für eine Paarung Bohrung - Welle, Durchmesser 8 mm, mittlere Genauigkeitsansprüche, die jeweils für Bohrung und Welle erforderlichen Passungsangaben für eine Übermaßpassung, eine Übergangspassung und eine Spielpassung. a) im System Einheitswelle b) im System Einheitsbohrung 7.8 Passung (4) Für die Paarungen Innenteil / Außenteil ergeben sich aus den Werkstattzeichnungen für ein Gerät folgende Angaben: Ø8h4/ Ø8A5, 20h6/20H7, Ø5h6/Ø5R6, 6h8/6M9, Ø10h2/ Ø10R12, Ø16h6/ Ø8R7, 8h7/8F8, Ø12g6/ Ø12F7. a) Nach welchem System, Einheitswelle oder Einheitsbohrung wird im vorliegenden Fall gearbeitet? b) Um welche Passungen, Spiel-, Übermaß- oder Übergangspassung handelt es sich jeweils? c) Welche Paarung ist nicht zweckmäßig? Warum? Welche Paarung ist falsch? Warum? d) Welche Paarung kann keinem System entsprechend Punkt a) zugeordnet werden? 7.8 Gelenkverbindung Geben Sie für die gezeigte Gelenkverbindung alle erforderlichen Passungen im System Einheitswelle an. (Teil 3 ist in Teil 2 eingepresst.)

31 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB ISO Toleranzen Ein Zylinderstift 1 DIN 6325 ist gemäß nebenstehender Skizze in ein Bauteil 2 eingepresst. Das freie Ende des Stiftes soll mit der Bohrung von Hebel 3 ein leichtgängiges Gelenk bilden. Gegeben: Zylinderstift 1 Ø10m6; Auszug aus ISO-Abmaßen; die Passungen sind daraus auszuwählen. Fragen: a) Es ist eine geeignete Passung für den Presssitz zu wählen. Das geringste Übermaß soll mindestens 10 µm betragen. b) Welche Passung ist für die Bohrung in Hebel 3 vorzusehen, wenn das Spiel zum Stift 1 mindestens 10 und höchstens 40 µm betragen soll? c) Welches Kleinst- und Größtspiel ergibt sich mit der nach b) gewählten Passung? 7.10 Passungsangaben Auf Werkstattzeichnungen für ein Gerät finden sich für die Paarungen Innen- / Außenteil folgende Passungsangaben: a) Ø8h7 / Ø8F8, b) Ø10h6 / Ø10R5 c) Ø5h7 / Ø5H8 d) Ø6h16/ Ø6A2 e) Ø18h7 / Ø18M6 f ) Ø4a6 / Ø4M8 g ) Ø10h8 / Ø12H10 a) Nach welchem System, Einheilswelle oder Einheitsbohrung wird in vorliegendem Fall gearbeitet? b) Um welche Passungen, Spiel-, Übermaß- oder Übergangspassung handelt es sich jeweils? c) Welche Paarung ist nicht zweckmäßig? Warum? Welche Paarung ist falsch? d) Welche Paarung kann keinem System entsprechend Punkt a) zugeordnet werden?

32 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Buchse In Bild 4 sind für die Passungen die ISO- Toleranzen für Bohrung und Welle vor dem Zusammenbau eingetragen. Durch das Einpressen der Buchse verringert sich ihr Innen- Ø um 1/3 des Übermaßes am Presssitz vor dem Einpressen. Berechnen Sie das Kleinst- und Größtspiel zwischen Welle und Buchse nach dem Zusammenbau. Gegeben: Auszug aus ISO-Passungstabelle 7.12 Schwinge Die Schwinge 1 ist mittels eines Bolzens 2 in einer Gabel 3 beweglich zu lagern. Der Bolzen soll in einem Teil Spiel und im anderen Presssitz haben. Die Kraft F beträgt 6000 N. Das Spiel in Kraftrichtung darf 30µm nicht überschreiten. Die zulässige mittlere Flächenpressung an der beweglichen Lagerstelle beträgt 40 N/mm 2. Die Übermaßpassung soll ein Übermaß von 2 bis 4 des Durchmessers haben. a) Welche 2 Gestaltungsmöglichkeiten bestehen bezüglich der Anordnung von Press- und Spielpassung? Begründen Sie, welche vorzuziehen ist, um eine zuverlässige Montage zu ermöglichen. b) Bestimmen Sie für die gewählte Ausführung den erforderlichen Bolzen- Ø. c) Bestimmen Sie für einen Bolzen- Ø von 10 mm und Presssitz in Teil 1 die ISO- Toleranzen des Bolzens und der Bohrungen in den Teilen 1 und 3. Gegeben: Auszug aus ISO-Passungstabelle

33 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Lagerbuchse Eine Lagerbuchse Teil 1 wird in eine Bohrung von Teil 2 eingepresst. Beim Einpressen verringert sich der Innendurchmesser d i um 2/3 des Übermaßes d a D vor dem Einpressen. Gegebene Maße und ISO-Passungen: D= 20H6; d a = 20s6;d i =16; Auszug aus ISO-Passungstabelle a) Welche ISO-Passung aus obiger Passungstabelle muß für d» an der nicht eingepreßten Buchse gewählt werden, damit nach dem Einpressen di== 16H9 erreicht wird? (Die Rechenwerte sind auf ganze µm zu runden und Abweichungen bis 2 µm für die gesuchte Passung sind zu vernachlässigen.) b) Nach welchem System (Einheits-Bohrung oder -Welle) ist die Passung Bohrung D mit Außendurchmesser da toleriert? 7.14 Rillenkugellager Ein Rillenkugellager hat eine Bohrung von 12 mm. Für die Toleranzklasse P0 sind: oberes Abmaß 0, unteres Abmaß -8µm Die Passungen von Bohrung und Welle für Fragen a) und b) sind dem gegebenen Auszug aus ISO-Toleranzen zu entnehmen. a) Welche Passung für die Welle ist zu wählen, damit das Passungsübermaß zur Lagerbohrung vor dem Fügen mindestens 1µm und höchstens 17 µm beträgt? b) Auf die gleiche Welle mit der nach a) bestimmten Passung soll eine Nabe aufgeschrumpft werden. Hierbei soll das Übermaß vor dem Schrumpfen zwischen 16 und 32 µm liegen. Welche Passung muss die Bohrung der Nabe haben? Auszug aus ISO-Passungstabelle:

34 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Übermaß- und Übergangspassung Es ist zu untersuchen, für welche Kombination der Toleranzgrade von Bohrung zu Welle die ISO-Passung h.../r... eine Übermaßpassung oder Übergangspassung ergibt. Gegeben: Auszug aus ISO-Passungstabelle. Bereiche h6 bis h9 und R7 bis R9 Es sollen beide Nennmaßbereiche untersucht werden Stift Ein Stift Ø10, Toleranz m6 aus Stahl soll in ein AI-Teil eingepresst werden. Herstellung und Montage erfolgen bei 20 C. Bestimmen Sie die ISO-Passung im AI-Teil so, dass bei einer Temperatur von 100 C die Pressverbindung noch ein Übermaß von etwa 5 µm hat. (Auf ganzzahlige µm-werte runden) Gegeben: Wärmeausdehnungskoeffizient von Stahl α St = /K Wärmeausdehnungskoeffizient von Al α Al = /K Auszug aus ISO-Passungstabelle

35 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Wellenzapfen Ein Wellenzapfen Ø15 steckt mit Spiel (übertrieben groß gezeichnet) in einer 25 mm langen Bohrung. Das Spiel soll zwischen ca. 30 und ca. 80 µm liegen. a) Wählen Sie aus dem gegebenen Auszug der ISO- Passungstabelle eine geeignete Passungskombination im System Einheitsbohrung aus. b) Tolerieren Sie durch Formtoleranzen DIN 1101 den Wellenzapfen so, dass die Rundheits- und Geradheitsabweichung je höchstens 20 µm beträgt. Für diese Frage kann die nebenstehende Skizze des Zapfens benutzt werden. Auszug aus ISO-Passungstabelle 7.18 Kugellager In einem Gehäuse sind 2 Kugellager und 1 Abstandshülse mit einem Deckel angeordnet. Diese Teile werden über Schrauben zusammengespannt. Ermitteln Sie mit den gegebenen Maßen und Toleranzen den Abstand zwischen Gehäuse und Deckel einschließlich Toleranz. Auszug aus ISO-Passungstabelle Abmaße in µm

36 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Welle Gegeben ist eine Welle mit Tolerierung. Gesucht ist die ISO-Passung einer Bohrung mit gleicher Länge und gleichem Nennmaß. Die Bohrung sei gerade (Geradheitstoleranz = 0). In einem Grenzfall soll unter Berücksichtigung der Ungeradheit der Welle noch ein Spiel von 10 bis 15 µm vorhanden sein. Im anderen Grenzfall soll das größtmögliche Spiel 65 bis 70 µm betragen. Die Passung ist aus der angegebenen Tabelle zu wählen. Auszug aus ISO-Passungstabelle 7.20 Achse Im Bild sind die Einzelteile Teil 1, Teil 2, Sicherungsscheibe; Achse und der montierte Zustand dargestellt.

37 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 Ermitteln Sie das Maß und die maximalen Toleranzen zwischen Teil 2 und der Sicherungsscheibe im montierten Zustand. Teil 1 liegt am Bund der Achse, Teil 2 an Teil 1 und die Sicherungsscheibe am Einstich an. Nicht tolerierte Elemente sind als ideal (Toleranz 0) anzunehmen Stahlteil Ein Stahlteil mit einer Passbohrung wird nach der mechanischen Bearbeitung galvanisch verzinkt. Die Schichtdicke der Verzinkung kann verfahrensbedingt zwischen 8 und 20 µm schwanken. Nach der Verzinkung soll die Passbohrung das Maß Ø12D11 haben. Welche ISO-Toleranz ist aus der angegebenen Tabelle für die mechanische Bearbeitung vor der Verzinkung zu wählen, damit die Toleranzklasse D11 möglichst gut erreicht wird? Auszug aus ISO-Passungstabelle, Abmaße in µm

38 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 8 Schrauben 8.1 Passschraube Es ist eine Passschraube gegeben. Ferner sind festgelegt: σ zzul = 400 N/mm 2, R e = 350 N/mm 2 Welcher Schaftdurchmesser ist bei einer Kraft von F Q = 3 kn erforderlich? Ist die Lochleibung im zulässigen Bereich, falls das obere Blech eine Dicke von s = 1 mm aufweist? Zur Bestimmung der Lochleibung ist der Einstich am Schraubenkopf vernachlässigbar. 8.2 Gestellschraube Ein Gestellwinkel ist mit zwei M6 - Stahlschrauben (Spannungsquerschnitt A = 20,1 mm², Festigkeitsklasse 5.6, µ = 0,12) befestigt und wird durch eine Betriebskraft F B belastet. a) Wie groß ist die zulässige Spannung σ zul, wenn davon ausgegangen wird, dass sie 25% der Streckgrenze beträgt! b) Berechnung der höchstzulässigen Belastungskraft F O für diese Sehraubverbindung unter Berücksichtigung der Vorspannung. c) Was versteht man unter "Selbsthemmung" bei einer Schraubverbindung??? 8.3 Schrauben und dynamische Beanspruchung Was muss bei einer Schraubverbindung ohne Verwendung zusätzlicher Sicherungselemente beachtet werden, damit sich die Verbindung auch bei dynamischer Beanspruchung nicht selbständig löst? 8.4 Schraubensicherung Welche Kleberart wird als Schraubensicherung im Gewinde verwendet?

39 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Blechverbindung Ein Bauteil ist gemäß Bild l an ein 2,5 mm dickes Blech anzuschrauben. Die Schrauben müssen mit dem vollen Moment entsprechend ihrer Festigkeitsklasse anziehbar sein. a) Skizzieren Sie 2 Möglichkeiten, wie ein hierfür geeignetes Gewinde am Blech angebracht werden kann. b) Was bedeutet die für die Schraube angegebene Festigkeitsklasse 5.8? 8.8

40 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 9 Federn 9.1 Blattfeder (1) Gegeben ist eine Blattfeder die im Ruhezustand mit F 1 = 1,8 N und unter Last mit F 2 = 2,4 N belastet ist. Hierdurch ergibt sich eine Wegdifferenz von s = 1,2 mm. Weiter sind gegeben: L = 60 mm, Breite der Feder b = 8 mm, Sicherheit S =2, σ bf = 340 N/mm 2. a) Welche Federkonstante besitzt diese Feder? b) Wie ist die Dicke der Feder festzulegen?

41 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Blattfeder (2) Gegeben ist eine vorgespannte Blattfeder mit folgenden Abmessungen: l = 100 mm; b = 20 mm; t = 1mm; s = 5 mm; E = N/mm 2 ; σ bzul = 600 N/mm 2 Gesucht sind: a) σ b b) erforderliche Kraft für die Vorspannung der Feder c) maximal zulässige Kraft an der Feder

42 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Schraubenfeder Gegeben ist eine kaltgeformte, zylindrische Schraubenfeder 4x32x120 mit n f = 8.5 (G = N/mm 2 ) Gesucht: a) Summe der Mindestabstände zwischen den Windungen S a b) Blocklänge L Bl c) Länge der maximal belasteten Feder L n d) Federkonstante R (früher: c)

43 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Federsystem (1) bestehend aus Blatt- und Spiralfeder Gegeben ist folgendes Federsystem: Schraubenfeder: c 1 = 1 N/mm Blattfeder: l = 100 mm; b = 20 mm; t = 1 mm; E = N/mm 2 ; σ bzul = 500 N/mm 2 a) Wie groß ist die maximal zulässige Kraft auf die Blattfeder? b) Berechnen Sie die Federkonstante der Blattfeder und des Federsystems sowie den maximal zulässigen Weg S max für die Blattfeder? c) Zeichnen Sie ein Kraft-Wege-Diagramm für das Federsystem.

44 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Federsystem (2) bestehend aus Blatt- und Schraubenfeder Eine Blattfeder der Breite b und der Dicke t ist durch einen Stößel vorgespannt. Blattfeder: b = 10 mm; t = 1 mm; l = 50 mm; E = N/mm 2 ; a σ bzul = 500 N/mm 2 ; s o = 1,5 mm; a = 1,0 mm; Schraubenfeder: c = 4 N/mm a) Gesucht sind die Vorspannkraft der Blattfeder im Ausgangszustand und bei maximal zulässiger Durchbiegung. b) Zeichnen Sie ein Kraft-Weg-Diagramm des Federsystems.

45 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Blattfeder (3) Eine Blattfeder mit der Breite b=5 mm und der Dicke h = 0,8 mm erzeugt auf einer starren; Unterlage eine Anpresskraft F 1 = 5 N. Die Biegespannung beträgt dabei σ 1 = 400 N/mm 2. Die Breite b und die Dicke h sind so zu ändern, dass die Anpresskraft auf F 2 = 12 N und die Biegespannung auf σ 2 = 500 N/mm² ansteigen. Die Federlänge l und die Auslenkung f sollen sich nicht ändern. E = 2, N/mm 2

46 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Stoßkraftbegrenzer Gegeben ist eine Anordnung zur Begrenzung von Stoßkräften. Die Feder soll bei einem Hub von f = 5 mm eine Energie von 50 Nmm aufnehmen. Die Vorspannkraft soll F V = 5N betragen. Außerdem sind folgende Daten gegeben: D/d = 12; k = 1,1; τ zul = 400 N/mm 2, G = N/mm 2 Es stehen Drahtdurchmesser von 0,9, 1,0; 1,1; 1,2; 1,5; 1,4 nur sur Verfügunr 1 ;«Gesucht sind der Durchmesser D, der Drahtdurchmesser d und die Anzahl der federnden Windungen i f der Feder. Wie groß ist bei dem gewählten Drahtdurchmesser die maximal auftretende Torsionsspannung τ max?

47 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Blattfeder (4) Eine Blattfeder mit rechteckigem Querschnitt, Dicke h, liegt mit der Kraft F 1 am Anschlag A auf. Wird die Kraft auf F 2 erhöht, soll sich das Federende um f senken. F 1 = 3N F 2 = 5N f = 2 mm h = 0,6 mm σ Bzul = 400 N/mm² E = 2, N/mm 2 Gesucht sind die Länge l und die Breite b der Feder für σ Bmax = σ Bzul

48 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Druckfedern Die Druckfedern 1 und 2 mit den Federkonstanten C 1 und C 2 erzeugen die Kontaktkräfte F A = F B = F C = F D = 1 N, solange die Betätigungskraft F = 0 N ist. Sobald die Öffnung an den Kontakten A und B einen Betrag von 1mm erreicht hat, sollen die Kontaktkräfte F C = F D = 0N sein. C 2 = 1 N/mm Gesucht sind C 1 und die Kraft-Weg- Kennlinie für 0 f 4 mm.

49 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Kraft-Weg-Diagramm Eine Kontaktfeder 1 mit der Federkonstanten C 1 drückt mit einer Vorspannkraft F V gegen einen Anschlag. An 6er Kontaktfeder ist eine Schraubenfeder 2 mit dar Federkonstanten C 2 angelenkt. An der Feder greift eine äußere Kraft F an. Es ist das Kraft-Weg-Diagramm der Federanordnung zu ermitteln für 0 F 8 N F V = 4 N C 1 = 1 N/mm C 2 = 0,5 N/mm

50 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Federkonstanten In nebenstehend gezeigter Prinzipdarstellung erzeugen die Druckfedern 1 und 2 die Kontaktkräfte F A = F B = 6 N. Die Anordnung wird über die Druckfeder 3, Federkonstante C 3 = 2 N/mm betätigt. Bei einem Betätigungsweg von f C = 10 mm sollen die Kontakte geöffnet sein. Gesucht sind die Federkonstanten für die Federn 1 und 2 (C 1 = C 2 ) sowie das Kraft- Weg- Diagramm für 0 f C 10 mm..

51 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Zugfeder Eine Schrauben-Zugfeder DIN 2089 mit ganzer deutscher Öse hat folgende Daten: Draht- Ø = 1,5 mm Mittlerer Windungs-Ø = 15 mm Länge des Federkörpers (Windungen anliegend) 18 mm Keine eingewickelte Vorspannkraft Gleitmodul (Schubmodul) N/mm² a) Wie groß ist die Federrate dieser Feder? b) Die Feder a) soll durch 2 gleiche Zugfedern b) ersetzt werden. Dabei sollen folgende Größen gleich bleiben: a) b) - Die Federrate der beiden Anordnungen bezüglich der Kraft F - Das Wickelverhältnis mittlerer Windungs- Ø /Draht- Ø, - der Gleitmodul - Die Torsionsspannung bei gleichem Federweg Berechnen Sie Draht-Ø, mittleren Windungs- Ø und Anzahl der federnden Windungen dieser Ersatzfedern (runden nicht erforderlich). c) Wie groß ist bei den 2 Federn b) die Torsionsspannung für 20 mm Federweg, wenn der Beiwert k = 1,12 beträgt?

52 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Drehfeder (1) Bei einer gewundenen Biegefeder (Drehfeder) aus Stahl mit rundem Querschnitt d = 0,6 mm und i = 4 Windungen wird bei Beanspruchung durch die Kraft F bei einem Auslenkwinkel von φ = 45 die zulässige Biegespannung von σ stzul = 400 N/mm² erreicht. Die genannte Feder soll durch eine ähnliche Feder aus Bronzedraht mit σ Brzul = 190 N/mm² ersetzt werden. Es stehen Drahtdurchmesser von 0,6; 0,7; ,2 mm zur Verfügung. Die Bronzefeder soll die gleiche Federkonstante, die gleiche Windungszahl und die gleichen Werte für a und r auf weisen, wie die Stahlfeder. Welcher Drahtdurchmesser ist für die Bronzefeder, bei günstigster Werkstoffausnutzung zu wählen? Welche Werte ergeben sich für die auftretende Biegespannung und den mittleren Windungsdurchmesser D der Bronzefeder? Weitere Angaben: E St = 2, N/mm², E Br = 1, N/mm², a = r = 18 mm; (k = 1 für beide Federn).

53 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Drehfeder (2) Eine Drehfeder 1 (auch Schenkelfeder oder gewundene Biegefeder genannt) aus rundem Federdraht hält dem Drehmoment M das Gleichgewicht. Im gespannten Zustand greift am Ende des Schenkels eine Kraft F von 20 N an. Der Abstand vom Schenkelende zur Mitte der Feder beträgt a = 30 mm. Wird die Feder um 90 entspannt, beträgt die Kraft am Schenkelende noch 8 N. Zusätzlich gegeben: 1. Elastizitätsmodul N/mm 2 2. zul. Biegespannung 1000 N/mm 2 3. federnde Windungen 10,5 4. Spannungsbeiwert q = 1,15 Für die Berechnung können die Schenkellängen vernachlässigt werden. a) Welcher Draht-Ø ist erforderlich? b) Es stehen Drähte mit Ø 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,25; 2,5 mm zur Verfügung. Es ist der kleinste Draht- Ø zu wählen, bei dem die zulässige Biegespannung gerade unterschritten wird. c) Wie groß ist der mittlere Windungs-Ø mit dem nach b) gewählten Draht-Ø? d) Die Feder soll durch 2 Drehfedern 1 und 2 mit gleicher Federrate (im Bild zusätzlich gestrichelt gezeichnet) ersetzt werden. Welchen Draht- Ø müssen diese Federn haben, wenn sie die gleichen Kräfte wie die Einzelfeder aufbringen sollen und alle anderen Federdaten außer der Biegespannung gleich bleiben? (Runden nicht erforderlich.)

54 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 10 Gleitlager 10.1 Radiallager Ein fettgeschmiertes Radiallager aus Grauguss GG-20 besitzt einen Durchmesser von 100 mm und eine Lagerbreite von 120 mm. Die Drehzahl beträgt 180 1/min. Das Lager ist mit der Kraft F = 4 kn belastet. a) sind die auftretenden Werte für die spezifische Lagerbelastung p und die Gleitgeschwindigkeiten überschritten? b) Wie groß ist die Reibleistung (µ=0,08)? c) Ist die zulässige Betriebstemperatur von 70 C bei einer Umgebungstemperatur von 25 C überschritten? Fläche A= 0,35 m 2, Wärmedurchgangszahl k = 20 W/m²K) zulässige Belastung für einfache Gleitlager:

55 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 11 Wälzlager 11.1 Rillenkugellager (1) Es ist ein Rillenkugellager 6214 vorgesehen, auf das die Kräfte Fr = 4,2 kn und Fa = 3,4 kn bei n = 900 1/min einwirken. a) Handelt es sich um ein Festoder ein Loslager? b) Welche Lebensdauer in Stunden ist zu erwarten?

56 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Rillenkugellager (2) Eine Gurtbandtragerolle mit zwei Rillenkugellagern DIN wird durch das Eigengewicht des Fördergurtes und das Gewicht des Fördergutes belastet. Diese Kraft beträgt F = 3,2 kn im Betrieb, wie auch im Stillstand. Während des Betriebes kann eine Axiallast von bis zu 0,1 *F auftreten. Der Tragrollendurchmesser beträgt D p = 133 mm und die Geschwindigkeit des Förderbandes v = 2,1 m/s. a) Wie groß ist die dynamisch äquivalente Belastung P für die Lager? b) Wie groß ist die nominelle Lebensdauer L h der Lager? c) Ist die statische Kennzahl f s ausreichend?

57 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Transportrollenlagerung Das Bild zeigt die prinzipielle Anordnung einer Transportrollenlagerung. Bei A und B sind Lager gleicher Ausführung eingebaut. Bei einer konstruktiven Überarbeitung ändert sich die Lage der Transportrolle entsprechend dem Bild um A a/5. Die Drehzahl ändert sich nicht. Die Wirkungslinie läuft nun durch C anstelle durch C. a) Die Lebensdauer des Lagers bei B betrug vor der Änderung h. Welche Lebensdauer ist nach der Änderung zu erwarten? b) Welches Lager ist als Festlager auszuführen? c) Welcher Ring des Loslagers sollte den losen Sitz erhalten? a 2a F F C C a/5 B

58 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Radlagerung (1) F 1 Gegeben ist die prinzipielle Anordnung einer Lagerung für ein Rad. Bei A und B sollen Rillenkugellager eingebaut werden. a) Unter der Annahme, dass zunächst nur die Kraft F 1 = 360 N wirkt sollen für eine geforderte Lebensdauer von a b F h die erforderlichen Lager A und B ermittelt werden. Drehzahl n = U/min, a = 60 mm, b = 20 mm d A B b) Welches Lager ist als Festlager auszuführen? c) Welcher Ring des Loslagers enthält den festen Sitz? d) Welche Lebensdauer ergibt sich, wenn zusätzlich die Kraft F 2 = 80N angreift? d = 80mm

59 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 Dynamisch äquivalente Beanspruchung

60 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Radlagerung (2) F Von einer Lagerung sind folgende Daten gegeben: a = 30 mm, b = 50 mm F = 500 N, n = U/min Die Lagerung wird nachträglich geändert, dabei ergeben sich folgende neuen Daten: a = 15 mm a A b F = 800 N, n = 800 U/min a) Die Lebensdauer des Lagers A betrug vor der Änderung h. Welche Lebensdauer hat das Lager nach der Änderung? b) Welches Lager ist als Festlager, welches als Loslager auszuführen? Warum? c) Welcher Ring des Loslagers sollte den festen Sitz erhalten? B

61 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Radiallager Nach Entwurf ist für die Lagerung einer Welle ein Radial-Rillenkugellager vorgesehen. Die Abmessungen dieses Lagers sind d = 12 mm, D = 30 mm, b = 8 mm und die dynamische Tragzahl C=5,07 kn. Das Lager soll bei einer Drehzahl n = 600 U/min eine Lebensdauer von L(h)= Betriebsstunden haben. Die zu erwartende Lagertemperatur ist unter 100 C. f n = 0,382; f l = 2,71; f t = 1; Es ist zu überprüfen, ob diese Lebensdauer bei einer Radiallast F r = 600 N und einer Axiallast F a = 265 N erreicht wird.

62 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Einreihiges Kugellager Für ein einreihiges Rillenkugellager DIN625 mit normaler Lagerluft ist die zul. Radialbelastung zu berechnen. Gegeben: Lager 6300 mit statische Tragzahl C 0 = 3 kn; dynamische Tragzahl C = 8,15 kn; Axiallast F a = 120 N; Drehzahl n= /min; nominelle Lebensdauer L h = h. Radial- und Axialfaktoren:

63 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 14 Getriebe 14.1 Zahnräder Von einem Zahnrad sind folgende Daten bekannt: Zähnezahl: 36 Modul: 0,6mm Eingriffswinkel: 20 Fußhohe: 1,2 * m Zahnkopfhöhenfaktor: 1 Kopfkreisdurchmesser: 22,5 mm Wie groß sind der Teilkreisdurchmesser, der Fußkreisdurchmesser und die Profilverschiebung v des Zahnrades? Welche theoretische Grenzzähnezahl ergibt sich für die berechnete Profilverschiebung? Von einem geradverzahnten Zahnrad (Stirnrad) sind folgende Daten gegeben: Zähnezahl: 24 Modul: 0,8 mm Eingriffswinkel: 20 Zahnkopfhöhenfaktor: 1 Wie groß sind der Teilkreisdurchmesser und der Kopfkreisdurchmesser dieses Zahnrades? Welche negative Profilverschiebung v ist für dieses Zahnrad maximal zulässig? (Es ist die theoretische Grenzzähnezahl zugrunde zu legen.) Wie groß sind bei dieser Profil Verschiebung Teilkreisdurchmesser und Kopfkreisdurchmesser? Von einem geradverzahnten Stirnrad sind die folgenden Daten bekannt: Zähnezahl: 22 Modul: 0,8 mm Eingriffswinkel: 20 Fußhöhe: 1,2 * m Zahnkopfhöhenfaktor: 1 Kopfkreisdurchmesser: 18,6 mm Tritt an dem gegebenen Zahnrad Unterschnitt auf? (Rechnerische Begründung) Wie groß sind der Teilkreisdurchmesser und der Fußkreisdurchmesser des Zahnrades? Für die Berechnung ist die theoretische Grenzzähnezahl zugrunde zu legen Von einem geradverzahnten Zahnrad (Stirnrad) sind folgende Daten gegeben: Zähnezahl: 40 Zahnkopfhöhenfaktor: 1 Eingriffswinkel: 20 Kopfkreisdurchmesser: 21,5 mm Profilverschiebung: 0,25 mm Wie groß sind Teilkreisdurchmesser und Modul des Zahnrades?

64 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB06 Welcher Teilkreisdurchmesser ergibt sich für eine Profilverschiebung von -0,25 mm Für ein geradverzahnten Zahnrad (Stirnrad) sind folgende Daten vorgegeben: Teilkreisdurchmesser: 19,2mm Modul: 0,8 mm Eingriffswinkel: 20 Zahnkopfhöhenfaktor: 1 Fußhöhe: 1,2 m a) Wie groß ist für dieses Zahnrad die maximal mögliche negative Profilverschiebung? b) Wie groß sind bei dieser Profilverschiebung der Kopfkreis- und der Fußkreisdurchmesser? (Es ist die theoretische Grenzzähnezahl zugrunde zu legen.) Von einem geradverzahnten Zahnrad (Stirnrad) sind folgende Daten gegeben: Eingriffswinkel: 20 Fußkreisdurchmesser: 41,4 mm Zähnezahl: 36 Zahnkopfhöhenfaktor: 1 Kopfkreisdurchmesser: 46,8 mm Fußhöhe: 1,25 m a) Wie groß sind der Modul, der Teilkreisdurchmesser und die Profilverschiebung des Zahnrades? b) Welche theoretische Grenzzähnezahl ergibt sich für die berechnete Profilverschiebung? Aus einem UmlaufrädergetrIebe wurde ein Geradzahnstirnrad entnommen. Bei diesem Stirnrad beträgt der Eingriffswinkel 20, der Modul m = 0,9 mm, die Zähnezahl z = 26 und der Zahnkopfhöhenfaktor 1. a) Berechnen Sie für dieses Zahnrad den Teilkreis- und Kopfkreisdurchmesser. b) Welche negative Profilverschiebung v Ist für dieses Stirnrad maximal zulässig? c) Wie muss der Teil- und Kopfkreisdurchmesser gewählt werden, wenn diese Profilverschiebung zugrunde gelegt wird? Aus einem einstufigen Stirnradgetriebe wird ein geradverzahntes Stirnrad herausgenommen. Es werden folgende Daten abgenommen. Zähnezahl z = 32, Zahnkopfhöhenfaktor h a * = 1, Eingriffswinkel 20, Kopfkreisdurchmesser d a = 23,5mm und die Profilverschiebung V= 0,25mm. a) Berechnen Sie den Teilkreisdurchmesser und den Modul dieses Zahnrades. b) Welcher Fußkreisdurchmesser ergibt sich für eine Profilverschiebung von -0,25mm?

65 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Ein geradverzahntes Stirnrad mit Evolventen Verzahnung ohne Profilverschiebung ist als Zahnkranz auszubilden. Gegeben: Kopfkreisdurchmesser 54 mm Zahnkopfhöhenfaktor 1 Zahnfußhöhenfaktor 1,2 Zähnezahl 34 a) Berechnen Sie den Modul. b) Wie groß kann die Bohrung D des Zahnkranzes höchstens werden, wenn zwischen Zahnfußgrund und Bohrung noch eine Wandstärke von 3 mm stehen bleiben soll? Von einem Zahnrad sind gegeben: Zähnezahl 30, Modul 1,5 mm Zahnkopfhöhenfaktor 1 a) Welcher Profilverschiebungsfaktor ist erforderlich, damit sich ein Außendurchmesser von 46,5 mm ergibt? b) Ist mit der nach a) errechneten Profilverschiebung noch Sicherheit zur Unterschnittsgrenze gegeben? Es ist mit der theoretischen Grenzzähnezahl zu rechnen Von einem Zahnrad sind gegeben: Modul 2 mm; Zahnkopfhöhenfaktor 1; Außen-Ø 44 mm; Profilverschiebung: -1 mm; Eingriffswinkel 20. a) Welche Zähnezahl hat das Rad? b) Ist noch Sicherheit zur Unterschnittsgrenze gegeben? Es ist mit der praktischen Grenzzähnezahl zu rechnen. c) Welche negativen Auswirkungen hat Unterschnitt auf das Zahnrad?

66 Übungen Feinwerktechnische Konstruktion - V Ettemeyer, Leibl, Olbrich, FHM FB Räderpaar Folgendes Null-Räderpaar ist gegeben: m = 0,5 z 1 = 13, z 2 = 89, c = 0,25*m, α = 20 Wie groß sind a) die Teilkreis- und Grundkreisdurchmesser der Räder? b) die Kopf- und Fußhöhe des Ritzels? c) der Fuß- und der Kopfkreisdurchmesser des Ritzels? d) der Achsabstand e) Was ist Profilverschiebung? Folgendes Null-Räderpaar ist gegeben: m = 0,4, z 1 = 17, z 2 = 91, c = 0,25*m, α = 20 Wie groß sind a) die Teilkreis- und Grundkreisdurchmesser der Räder? b) die Kopf- und Fußhöhe des Ritzels? c) der Fuß- und der Kopfkreisdurchmesser des Ritzels? d) der Achsabstand e) Durch welche Mechanismen fallen Zahnräder aus? Gegeben ist folgendes Null-Rad (Ritzel): m = 0,5, z 1 = 19, c = 0,25*m, α = 20 Gesucht sind: a) Zähnezahl des Zahnrads bei einer Übersetzung von ungefähr i=2,7. b) Teilkreis- und Grundkreisdurchmesser des Ritzels? c) Kopf- und Fußhöhe des Ritzels? d) Fuß- und der Kopfkreisdurchmesser des Ritzels? e) Achsabstand f) Was bewirkt eine Profilverschiebung bei Zahnrädern? g) Warum soll die Breite des Ritzels größer sein, als die des Zahnrades?