Projektarbeit. Fachschule für Wirtschaft und Technik Fachbereich Maschinenbautechnik. Thema: Rohrrevolver für 75kW Pumpenprüfstand.

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1 Fachschule für Wirtschaft und Technik Fachbereich Maschinenbautechnik Projektarbeit Thema: Rohrrevolver für 75kW Pumpenprüfstand eingereicht von Dore Samuel Schaffer Markus Hölderlinstraße 6 Hirtengasse Amberg Pottenstein Klasse MAV4d Abgabetermin Betreuer Dipl. Ing. Volker Steinbauer Projektpartner KSB AG Pegnitz

2 Dore Samuel / Schaffer Markus Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... III 1. Vorwort Aufgabenstellung Vorbereitung Anforderungsliste Zeitplan Voraussichtlicher Zeitplan Tatsächlicher Zeitplan Erster Entwurf Fazit zum ersten Entwurf Zweiter Entwurf Fazit des zweiten Entwurfs Endentwurf Fazit Anhang Berechnung der Lagerachse Berechnung der Rundlinearführung der Spanneinheit Berechnung der Trapezgewindespindel mit Hebel Literaturverzeichnis... 29

3 Dore Samuel / Schaffer Markus Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Kurzdarstellung... 2 Abb. 2: Bestehender Rohrrevolver... 4 Abb. 3: Erster Entwurf Gesamtansicht ohne Schubrohr... 8 Abb. 4: Erster Entwurf Schubrohr und Adapterrohr... 9 Abb. 5: Erster Entwurf Schnitt Lagerung mit Feder Abb. 6: Erster Entwurf Schwenkbereich Abb. 7: Erster Entwurf Spannvorrichtung Abb. 8: Zweiter Entwurf - Gesamtansicht Abb. 9: Zweiter Entwurf - Schubrohr Abb. 10: Zweiter Entwurf - Zentrierstift Abb. 11: Zweiter Entwurf - Grundgestell Abb. 12: Zweiter Entwurf - Trapezgewindespindeltrieb Abb. 13: Zweiter Entwurf - Vorderansicht Abb. 14: Endentwurf - Gesamtansicht Abb. 15: Endentwurf - Rohranordnung Abb. 16: Endentwurf Gesamtansicht stirnseitig Abb. 17: Lagerachse Auftretende Kräfte Abb. 18: Lagerachse Lagerkräfte Abb. 19: Lagerachse Querkraftverlauf Abb. 20: Lagerachse Biegemomentverlauf III

4 Dore Samuel / Schaffer Markus Abb. 21: Rundlinearführung Skizze Abb. 22: Montageplatte - Skizze Abb. 23: Montageplatte Gefährdeter Querschnitt Abb. 24: Montageplatte Lagerkräfte Die Abbildungen eins und zwei wurden uns von der Firma KSB AG zur Verfügung gestellt. Alle weiteren Abbildungen sind von uns selbst erstellt worden. IV

5 Schaffer Markus 1. Vorwort Während der Weiterbildung zum Maschinenbautechniker an der Grundig Akademie in Nürnberg wird im dritten und vierten Semester das Wahlfach Projektarbeit angeboten, welches grundlegend darin besteht, eine maschinenbautechnische Aufgabenstellung zu lösen, zu dokumentieren und anschließend zu präsentieren. Um allen auftretenden Anforderungen gerecht zu werden, wird fächerübergreifendes Wissen benötigt. Die Ergebnisse werden dabei alleine oder in kleinen Gruppen sowie in Zusammenarbeit mit einem Unternehmen erzielt. Im Laufe des Projektes wird man mit neuartigen Themen konfrontiert und eignet sich Praxiserfahrung wie auch neues Fachwissen an. Diese Aspekte waren für uns, Markus Schaffer und Samuel Dore, der Hauptgrund, uns für dieses Wahlfach zu entscheiden. Da wir noch im Kontakt zu unseren ehemaligen Firmen stehen, beschlossen wir, diese zu fragen, ob Interesse an einer Kooperation besteht und welche Aufgabenstellungen in Frage kommen könnten. Daraus entstand letztendlich die Zusammenarbeit mit der Firma KSB AG Pegnitz. Die KSB AG ist führender Anbieter für Pumpen und Armaturen, die für viele verschiedene Anwendungsgebiete, wie die Gebäude- und Industrietechnik, den Wassertransport, die Abwasserreinigung oder für kraftwerkstechnische Prozesse eingesetzt werden. Sie beschäftigt über Mitarbeiter. Davon arbeiten rund im Werk in Pegnitz. Der Hauptsitz des Unternehmens ist in Frankenthal angesiedelt. Nach einem persönlichen Gespräch mit Herrn Stefan Übler, bei dem die Aufgabenstellung detailliert geklärt wurde, ist das Thema von unserer betreuenden Lehrkraft, Herr Dipl. Ing. Volker Steinbauer, freigegeben worden. Die Konstruktion des 1

6 Schaffer Markus Projekts wurde mit dem CAD-Programm Autodesk Inventor 2015 erstellt, des Weiteren wurden Microsoft Word und Excel verwendet. 2. Aufgabenstellung Die Firma KSB AG entwickelt einen 75 kw Pumpenprüfstand, mit dem unterschiedlich große Pumpen getestet werden. Da nicht alle Pumpengrößen einen gleich großen Anschlussflansch besitzen, ist es erforderlich fünf verschiedene Adapterrohre zu verwenden. Das benötigte Adapterohr wird mit der Zuleitung, die das Wasser mit max. 6 bar durch einen Schlauch mit der Nennweite DN 100 führt, verbunden. Danach wird es mit der Pumpe verschraubt und führt somit das Prüfmedium zu. Ein Wechsel des benötigten Adapterrohres für die jeweilige Pumpe soll so schnell und einfach wie möglich erfolgen. zu prüfende Pumpe Rohrrevolver Zuleitung Abb. 1: Kurzdarstellung 2

7 Dore Samuel 3. Vorbereitung Die Grundlage der Projektarbeit ist eine Anforderungsliste. Um diese erstellen zu können, wurden bei einem Treffen mit unseren Betreuern, Herrn Stefan Übler und Frau Sandra Hinz, in der Firma KSB AG alle nötigen Details und relevanten Ansprüche an das Projekt geklärt. Bei einem bereits bestehenden, größeren Prüfstand (Abb. 2) wurde ein Rohrrevolver genutzt, um das Zuführen der Adapterrohre zur Pumpe zu ermöglichen. Dabei wird die ganze Apparatur über am Boden befindliche Schienen zur Pumpe bewegt. An dem neuen Prüfstand soll ausschließlich das aktive Rohr zur Pumpe zugestellt werden. Deshalb ist geplant, wie schematisch auf Abb. 1 zu sehen ist, diese Rohre auf einem um 360 drehbaren Lagerrohr anzubringen und durch Linearführungen nur das erforderliche Adapterrohr zur Pumpe zu bewegen. Diese Bewegung soll mit einem Motor nachträglich nachrüstbar sein. Außerdem ist zu beachten, dass das Bedienen der neuen Anlage in ergonomischer Position ermöglicht wird. Es ist auch darauf Wert zu legen, dass die Produktion, sowie alle Einzelteile so preiswert wie möglich zu gestalten sind. 3

8 Dore Samuel Abb. 2: Bestehender Rohrrevolver Nach dem Erstellen der Anforderungsliste und des Zeitplans, wurde das gesamte Projekt in kleine Teilfunktionen aufgegliedert und verschiedene Möglichkeiten, diese zu realisieren, durchdacht. Danach wurden diese auf Machbarkeit überprüft und bewertet. Letztendlich legten wir uns auf Konzepte für die Teilfunktionen und somit auf ein Gesamtkonzept fest. Aufgrund dieser Vorbereitungen ist eine optimale Lösung erarbeitet worden. Jetzt konnte damit begonnen werden, Skizzen anzufertigen, überschlägige Berechnungen durchzuführen und zu konstruieren. Als nächstes stellten wir Frau Sandra Hinz in der KSB AG den ersten Entwurf vor. 4

9 Dore Samuel / Schaffer Markus 4. Anforderungsliste Rohrrevolver für 75kW Pumpenprüfstand Stand Version 1.2 Art FF: Festforderung MF: Mindestforderung W: Wunsch Hauptmerkmal Art Beschreibung Bemerkung 1. Geometrie FF Siehe Abb. 2; Mitte des Saugstutzens der Pumpe soll 1000mm über dem Boden liegen. Das im Eingriff stehende Rohr soll für den Arbeiter in ergonomisch korrekter Lage sein. W Gesamtabmaße so klein wie möglich 2. Kinematik FF FF FF W Verstellung der X- Achse: ±50mm; handbetätigt Verstellung der C- Achse: 360 endlos mit Rastung je Rohr; handbetätigt Verstellweg des aktiven Rohres in Z- Richtung: 800mm; handbetätigt Nachrüstoption für Z- Achse Definition der Achsen siehe Abb. 2 Durch Bewegen des aktiven Rohres Mit Motor 5

10 Dore Samuel / Schaffer Markus 3. Druck FF Prüfdruck max. 6 bar 4. Energie MF FF Hydraulische Klemmung des aktiven Rohres an der Zuleitung Umgebungstemperatur: ca. 10 bis 40 C 5. Stoffe FF Einfache Baustähle sind zu bevorzugen 6. Lagerung FF Möglichst kleiner Anschlüsse Trommeldurchmesser, bei Beachtung der Prüfeinrichtungen an den Rohradaptern FF Zuleitung Nennweite DN 100 FF Nennweiten pumpenseitig: DN 100; DN 80; DN 65; DN 50; DN 40 Keine Vorgaben zur Befestigung der Adapterrohre am Trommelrevolver 7. Kosten W Kosten möglichst gering halten; wenn möglich Normprofile verwenden 8. Endtermin MF April/Mai Sicherheit W Sicherheitsbeurteilung der groben Gefahrenquellen Steuerung und Anschlüsse durch Firma KSB AG Prüfvorrichtungen sind am verjüngten Teil der Rohradapter angebracht; Maße: D+40mm Schnittstelle beidseitig mit Flansch DIN EN Typ 11 in P235GH nur die 5 angegebenen Adapterrohre Kostenplan wird durch Firma KSB AG erstellt 6

11 Schaffer Markus 5. Zeitplan 5.1 Voraussichtlicher Zeitplan 5.2 Tatsächlicher Zeitplan 6. Erster Entwurf Als Basis dient ein Schweißgestell aus S235JR, da es gegenüber anderen Verbindungsarten, wie z.b. einem Gestell aus verschraubten Aluminiumplatten, kostengünstiger und stabiler ist. Der gesamte Aufbau, der in der Abb. 3 zu sehen ist, war zu diesem Zeitpunkt des Projektverlaufes noch auf einem Standardhubtisch geplant. Er war erforderlich, um der Forderung der KSB AG nach einer Höhenverstellung gerecht zu werden. Dieser ist nicht auf der Abb. 3 zu sehen. Die Adapterrohre sind kreisförmig um das Lagerrohr angeordnet. Die Linearbewegung wird durch Profilschienen in Kombination mit kugelumlauf geführten Laufwägen ermöglicht. Diese Linearführungen sind Kaufteile, die leicht ausgetauscht werden können. Außerdem bieten sie neben einer hohen Genauigkeit bei geringen Verschiebekräften eine gute Verschleißfestigkeit. 7

12 Schaffer Markus Profilschiene Lagerrohr Laufwagen Lagerachse Unterstützung Abb. 3: Erster Entwurf Gesamtansicht ohne Schubrohr Schweißgestell Die Rotationsbewegung wird durch Rillenkugellager umgesetzt. Da keine hohe Genauigkeit des Lagerrohrs notwendig ist, sind die Rillenkugellager schwimmend gelagert. Durch die Unterstützungsplatte sollte außerdem das Biegemoment auf die Lagerachse minimiert werden. Das Schubrohr und das aktive Rohr sollten auf einer gemeinsamen Linearführung verfahrbar sein. Dafür ist eine hohe Positioniergenauigkeit der Profilschiene des Adapters zu der des Schubrohres notwendig. Um diese Genauigkeit zu erreichen, wurde angedacht, das Lagerrohr mit einem Zentrierstift zu positionieren und über ein Gewinde, das sich am hinteren Teil des Zentrierstifts befindet, zu sichern (siehe Abb. 4). 8

13 Dore Samuel Zentrierstift Profilschiene des Schubrohres Adapterrohr Profilschiene des Adapterrohres Schubrohr Abb. 4: Erster Entwurf Schubrohr und Adapterrohr Um das Lagerrohr drehen zu können, benötigt man einen Luftspalt zwischen den zwei Profilschienen. Eine Druckfeder, die auf Abb. 5 angedeutet ist, wird auf der Lagerachse geführt und übernimmt diese Arbeit. Die Wälzlageranordnung ist außerdem auf Gleitlagern angebracht, um axiales Verschieben zu ermöglichen. Beim Spannen der beiden Rohre mit einem Hydraulikzylinder würde sich der Luftspalt schließen und somit das Verfahren auf der gemeinsamen Linearführung ermöglichen. Hierfür sind außerdem Arretierbolzen, jeweils einer am Schubrohr und einer am Adapterrohr, angebracht. Diese haben die Funktion, die Rohre so lange unbeweglich zu machen, bis der Spannvorgang beendet ist. Danach können sie gelöst werden. Um zu vermeiden, dass sich die Druckfeder jetzt wieder entspannt, ist eine Verriegelung angedacht. Diese hält den Luftspalt so lange geschlossen, bis beide Rohre wieder in ihrer Grundstellung und die Arretierbolzen wieder betätigt sind. 9

14 Dore Samuel Druckfeder Gleitlager Abb. 5: Erster Entwurf Schnitt Lagerung mit Feder Die Spannvorrichtung, die auf Abb. 6 zu sehen ist, wird am Schubrohr befestigt und besteht aus 2 hydraulischen Zylindern. Da ein Drehen des Lagerrohres nur möglich ist, wenn die Spannzylinder aus dem Schwenkbereich Schwenkbereich bewegt werden, ist eine weitere Abb. 6: Erster Entwurf Schwenkbereich Linearführung notwendig. Dafür werden 2 Lagerachsen an das Schubrohr geschweißt. Die Spannzylinder sind auf einer Platte mit Lagerklötzen befestigt und können durch eingepresste Gleitlager auf den Achsen bewegt werden. 10

15 Dore Samuel / Schaffer Markus Gleitlager Spannzylinder Lagerachsen Abb. 7: Erster Entwurf Spannvorrichtung 7. Fazit zum ersten Entwurf Nach der Besprechung des ersten Entwurfs und gemeinsamer Beratung mit der Firma KSB AG, wurde klar, dass die notwendige Genauigkeit der Profilschienen zueinander nicht realisierbar ist. Die zuerst gewünschte möglichst kleine Baugröße wurde vernachlässigt und wir kamen zu dem Entschluss, den Aufbau des Schubrohres erheblich zu verlängern, um Adapter- und Schubrohr auf separaten Linearführungen anzubringen. Durch diese Maßnahmen wurden die Gleitlager der Lagerachse, sowie die Feder und deren Verriegelung überflüssig. Des Weiteren sollte der Standardhubtisch aus Kostengründen durch ein einfaches Schweißgestell ersetzt werden und somit die Höhenverstellung entfallen. 11

16 Schaffer Markus 8. Zweiter Entwurf Querstrebe Abb. 8: Zweiter Entwurf - Gesamtansicht Griff Energieführungskette Zuerst wurde das Schweißgestell des Aufbaus verlängert, um Platz für die verlängerten Linearführungen zu schaffen. Außerdem bekam die Unterstützungsplatte eine Querstrebe. Das Schubrohr ist nun auf zwei separaten Linearführungen montiert. Diese sind notwendig, um das große Gewicht der Klemmeinheit, die den Schwerpunkt weit nach vorne verlagert, zu tragen. Die Spanneinrichtung erhielt einen Griff zum Bewegen der Rohre und wurde mit einem Spannhebel versehen. Dieser ist notwendig um die Klemmeinheit nach einer Bewegung auf der Rundlinearführung zu fixieren. Des Weiteren wurde eine Energieführungskette 1 angebracht. Ein Blech, das mit dem Schubrohr verbunden ist, bietet eine Auflage für den oberen Kettenanschluss. Ein Führungsblech unterhalb dient als Auflagefläche für die Energiekette und für den Zuleitungsschlauch (siehe Abb. 9). 1 Eine Energieführungskette führt und schützt flexible Kabel oder Schläuche, die sonst durch dauernde Bewegung rasch verschleißen würden. 12

17 Schaffer Markus Führungsblech Spannhebel Abb. 9: Zweiter Entwurf - Schubrohr Die Position des Zentrierbolzens wurde leicht verändert, um eine ergonomische Bedienung zu ermöglichen. Außerdem wurden die Profilschienen der Adapterrohre gekürzt. Adapterrohrprofilschiene Zentrierbolzen Abb. 10: Zweiter Entwurf - Zentrierstift Durch das Entfallen des Hubtisches entschlossen wir uns für ein geschweißtes Grundgestell. Dieses besteht aus genormten Vierkantrohrprofilen, um bei geringem Gewicht eine hohe Steifigkeit zu erreichen. Die Höhe ist bei Montage über Justageelemente einzustellen. Um den Verfahrweg von ±40mm in X-Richtung (siehe Abb. 2) umzusetzen, wurden zwischen Grundgestell und dem oberen Aufbau vier Kunststoff- 13

18 Dore Samuel gleitführungen angebracht. Diese bestehen aus einem Spezialkunststoff der Firma Murtfeldt. Er zeichnet sich durch seine hervorragenden Gleiteigenschaften, einer Selbstschmierung, hoher mechanischer Festigkeit und Verschleißfestigkeit aus. Die nötige Verschiebekraft wird durch einen Trapezgewindespindeltrieb, der sich unterhalb des Aufbaus am Grundgestell befindet, erzeugt. Gleitleisten Trapezgewindespindeltrieb Grundgestell Abb. 11: Zweiter Entwurf - Grundgestell Die Spindel ist beidseitig durch Gleitlager gelagert. Diese Kaufteile haben eine geringe Baugröße und sind selbstschmierend. Die beiden Gewindemuttern sind mit dem Aufbau verbunden und wandeln die Drehbewegung der Spindel in eine lineare Bewegung um. 14

19 Dore Samuel / Schaffer Markus Gewindemutter Gleitlager Trapezgewindespindel Abb. 12: Zweiter Entwurf - Trapezgewindespindeltrieb 9. Fazit des zweiten Entwurfs Nach der Übermittlung des CAD-Modells per und telefonischer Durchsprache mit unserer Betreuerin, Frau Sandra Hinz, wurde festgestellt, dass die benötigte nutzbare Ausfahrlänge der Adapterrohre von 800 mm nicht gegeben war. Daraufhin einigte man sich mit Frau Hinz darauf, dass es das Einfachste sei, die Adapterrohre zu verlängern. Durch diese Änderung bedingt, musste auch die Länge der Linearführungen, sowie die der Energiekette angepasst werden. Darüber hinaus fiel uns auf, dass wir im zweiten Entwurf zwar die Bewegung des Aufbaus in X- Richtung (siehe Abb. 2) eingeplant hatten, jedoch gefährliches Hinausragen vergaßen, das Grundgestell entsprechend des maximalen Abb. 13: Zweiter Entwurf - Vorderansicht Verfahrweges zu verbreitern. Um also ein Hinausragen des Aufbaus über das Gestell (siehe Abb. 13) aus Sicherheitsgründen zu verhindern, musste das Schweißgestell, die Gleitschienen, 15

20 Schaffer Markus sowie der Trapezgewindespindeltrieb nochmals überarbeitet werden. Da jetzt auch das genaue Gewicht des Rohrrevolveraufbaus feststand, wurde nun begonnen, nochmal alles detailliert nachzurechnen, um gegebenenfalls Überdimensionierungen der ersten Überschlagsberechnungen zu vermeiden. 10. Endentwurf Abb. 14: Endentwurf - Gesamtansicht Zuerst passten wir die Länge der Adapterrohre wie mit Frau Hinz besprochen an. Im gleichen Zug war es auch erforderlich, die Länge der Profilschienen und die der Energiekette anzugleichen. Im Endentwurf wurden die Rohre neu angeordnet, um die auftretende Unwucht zu minimieren. Außerdem sind im Lagerrohr Ausgleichsgewichte angebracht worden, um die Unwucht annähernd komplett aus dem System zu nehmen. Diese Maßnahme hat dazu geführt, dass sich das Lagerrohr nicht von alleine dreht, wenn der Zentrierstift gerade nicht montiert 16

21 Schaffer Markus Ausgleichs- gewichte ist. Dadurch erleichtert es die Bedienung immens und verringert den Kraftaufwand der für das Drehen erforderlich ist. Abb. 15: Endentwurf - Rohranordnung Das Schweißgestell des Oberaufbaus wurde nochmals überarbeitet, und bekam rückseitig eine Querstrebe um die Steifigkeit zu gewährleisten. Unterstützungsplatte mutter Querstrebe Endanschlag Gewinde- Abb. 16: Endentwurf Gesamtansicht stirnseitig 17 Des Weiteren wurde das Grundgestell Der Trapezgewindespindeltrieb verbreitert. wurde angepasst und so optimiert, dass nur noch eine Gewindemutter verwendet wird. Dies führt zu einer erleichterten Montage. Um eine Beschädigung der Spindel zu vermeiden, bekam das Grundgestell noch zwei Endanschläge. Diese begrenzen den Verfahrweg und sind seitlich angeschweißt. Die Unterstützungsplatte wurde durch zwei Querstreben verbessert. Durch die verlängerten Adapterrohre war es nämlich nicht mehr möglich, die Querstrebe mittig anzubringen, da diese sonst beim Schwenken mit den Adapterrohren kollidiert wäre. Außerdem wurde die Montage erleichtert und die Positioniergenauigkeit der Lagerachse gesichert, indem die Querstreben über Buchsen

22 Dore Samuel verfügen, in die bei der Montage die Unterstützungsplatte ganz einfach eingeführt werden kann. Das funktioniert durch jeweils einen runden und einen rautenförmigen Zentrierstift. Alle noch fehlenden Bauteile, wie Schrauben und andere Kleinteile, wurden noch ergänzt. Anschließend konnten wir den fertigen Endentwurf Frau Sandra Hinz vorstellen. 11. Fazit Die Firma KSB AG hat uns die Aufgabenstellung gegeben, einen Rohrrevolver zu entwerfen, zu berechnen und zu konstruieren. Dieser Rohrrevolver ist für die Zustellung von verschiedenen Rohradaptern zu den zu prüfenden Pumpen gedacht. Nach einigen Schwierigkeiten bei den Berechnungen, sowie des Konzeptes, beide Rohre auf einer Profilschiene zu bewegen, kamen wir letztlich zu einem Ergebnis, welches sowohl für uns als auch für unseren Projektpartner optimal ist. Die Firma KSB AG wird diesen Rohrrevolver im Vorrichtungsbau in Pegnitz herstellen und testen. Anschließend wird er in ihrem Hauptsitz in Frankenthal aufgestellt. Wir sind sehr froh darüber, dem Unternehmen mit diesem Projekt helfen zu können, da wir bei der Durchführung sehr viele neue Erfahrungen und Wissen sammeln durften, welches uns in unserem weiteren Arbeitsleben mit Sicherheit von sehr großem Nutzen ist. Zurückblickend auf die Projektarbeit ist zu erwähnen, dass uns der erste Entwurf am Längsten aufhielt. Es wurde zu viel Zeit für Kleinigkeiten verschwendet, die im Nachhinein wieder geändert werden mussten. Jedoch mussten wir diese 18

23 Dore Samuel Erfahrung machen, um daraus lernen zu können und uns anschließend konkret auf die relevanten Aspekte des Projekts zu konzentrieren. Für die Möglichkeit, die uns die Firma KSB AG, Herr Stefan Übler und Frau Sandra Hinz gegeben haben, sind wir sehr dankbar. Ebenso für das uns entgegengebrachte Vertrauen möchten wir uns noch einmal bedanken. 12. Anhang 12.1 Berechnung der Lagerachse Auftretende Kräfte und Momente: F g F 1 F 2 Abb. 17: Lagerachse Auftretende Kräfte Masse m=184kg => Gewichtskraft F g = m g = 184kg 9,81 m s 2 = 1805N M (1) = 0 = F mm F g 568mm F 2 = F g 568mm 1036mm = 989,6N F y = 0 = F g F 1 F 2 F 1 = F g F 2 = 815,4N 19

24 Dore Samuel F 1 F 2 F C F A Abb. 18: Lagerachse Lagerkräfte F B Abb. 19: Lagerachse Querkraftverlauf Die Querkräfte wurden mit Autodesk Inventor 2015 berechnet, die Kräfte konnten nicht auf Richtigkeit geprüft werden, da es sich um ein einfach statisch überbestimmtes System handelt. Die dazu benötigten Mittel sind nicht Inhalt der Technikerweiterbildung. Eventuelle Abweichungen wurden durch Überdimensionierung behoben. => F A =785,85N => F B =1243,67N => F C =224,52N 20

25 Dore Samuel Abb. 20: Lagerachse Biegemomentverlauf => M bmax =40,4Nm Überschlagsdurchmesser: k=0,9 (Annahme) 3 M b d = 3,4 (1 k 4 ) σ b Sch bei S235JR: σ b Sch = 280 N mm 2 d Nmm a = 3,4 (1 0,9 4 ) 280 N = 25,45mm mm 2 k = d i d a => d i = k d a = 0,9 25,45mm = 22,9mm => aus konstruktiven Gründen wurde ein Rohr DIN EN ( ) 40x10 gewählt Nachprüfung des gefährdeten Querschnitts: Gefährdeter Querschnitt bei Lager B: d a = 35mm σ b vorh = M b max W b σ b vorh = M b max = M b max W b π 32 d a 4 4 = d i d a 21 d i = 20mm σ b zul 40400Nmm π 32 (35mm)4 (20mm) 4 35mm = 10,74 N mm 2

26 Schaffer Markus Projektarbeit: Rohrrevolver für Pumpenprüfstand Schaffer Markus σ b zul = σ b Sch k t b 1 b 2 => Das Rohr ist dauerfest! = 280 N mm 2 1 0,91 1 β k b S D 1,23 1,5 σ b vorh < σ b zul = 138,1 N mm² 12.2 Berechnung der Rundlinearführung der Spanneinheit F 1 Abb. 21: Rundlinearführung Skizze Biegemoment: Entwurfsdurchmesser: M b = F 1 l = 10000N 121mm = Nmm bei C15E: σ b Sch = 655 N d 3 = 3,4 M b σ b Sch mm² Nmm = 3,4 655 N = 41,72mm mm 2 1. gewählt: d gew =40mm (nach Festigkeitsnachweis überdimensioniert) 22

27 Schaffer Markus 2. gewählt: d gew =35mm Festigkeitsnachweis: σ b vorh = M b W b = M b π 32 d gew³ = Nmm N π = 287,5 32 (35mm)³ mm² σ b zul = σ b Sch N k t b 1 b 655 N 0,84 0,92 0,88 2 = mm² = 297 N S D β k b 1,5 1 mm² => σ b vorh < σ b zul => i. O. Flächenpressung der Gleitlager: p L = F 1 b d L = => p L < p L zul => i. O N 40mm 35mm = 7,14 N mm² p L zul = 29 N mm² Betrachtung des gefährdeten Querschnitts in der Montageplatte: Abb. 22: Montageplatte - Skizze Abb. 23: Montageplatte Gefährdeter Querschnitt bei S235: σ b Sch N = 280 N σ b zul σ b Sch N S D mm² 23

28 Schaffer Markus mit S D =3 da Eigengewicht, Abscherung und Biegemomente in anderen Ebenen vernachlässigt wird σ b zul = 280 N mm 2 = 93,3 N 3 mm² F 1 F 2 F A F B Abb. 24: Montageplatte Lagerkräfte Da Symmetrie: F 1 =F 2 =10000N => F A =F B =10000N M b = F 2 l = 10000N 59,5mm = Nmm W b = b h² 6 => h = 6W b b => h gew = 30mm W b min = σ b = M b W b σ b zul M b = Nmm σ b zul 93,3 N = 6377,3mm³ mm² h min = ,3mm³ 43,5mm = 29,7mm 24

29 Schaffer Markus 12.4 Berechnung der Trapezgewindespindel mit Hebel Entwurfsdurchmesser: geg.: m 600kg g=9,81 m s 2 S=7 E= N mm 2 l=240mm µ=0,18 4 d 3 = 64 F S l k 2 π 3 E F = F R = F N µ = m g µ = 600kg 9,81 m 0,18 = 1060N s2 l k = 0,7 l (Euler-Knickfall 3) N 7 (0,7 240mm)² d 3 = π N = 6,74mm mm 2 1. gewählt: Tr10x2 mit d 3 =7,5mm (Festigkeitsnachweis nicht i. O.) 2. gewählt: Tr20x4 mit d 3 =15,5mm Erforderliches Drehmoment: d 2 =18mm T = F d 2 2 [tan(φ + γ ) + d L µ L ] P=4mm tan φ = P d 2 π = 4mm 18mm π => φ = 4,1 γ = 10 da CuZn- oder CuSn-Legierung T = 1060N 18mm 2 Festigkeitsnachweis: [tan(4, ) + 3,9] = 39600Nmm τ t = T T = W π t 16 d = 39600Nmm 3 3 π = 54,2 16 (15,5mm)³ σ d (z) = F = 1060N A 3 189mm² = 5,6 N mm² N mm² 2 σ V = σ d (z) + 3 τ 2 t σ d (z) zul 25

30 Schaffer Markus N σ V = (5,6 mm 2)2 + 3 (54,2 mm 2)2 = 94 σ d (z)zul = σ zdw 2 gewählter Werkstoff: C15 mit σ zd W = 190 σ d (z)zul = => σ V < σ d (z)zul => i. O. N N mm² 190 N mm² = 95 N 2 mm² N mm² Nachprüfung auf Knickung: λ = 4 l k d 3 = 4 0,7 l d 3 = 4 0,7 240mm 15,5mm = 43,3 E λ 0 = π = π N mm 2 0,8 R p0,2 0,8 340 N = 87,3 mm 2 => λ < λ 0 => Knickspannung nach Tetmajer σ K = R p0,2 (1 0,2 λ ) = 340 N 43,3 N (1 0,2 ) = 306,3 λ 0 mm² 87,3 mm² S erf 4 2 => i. O. S = σ 306,3 N K = mm² σ V 94 N = 3,3 mm² Hebellänge: Handkraft F H =26 56kp= N laut Ergonomisches Gestalten l = T F H = 39600Nmm 400N = 100mm => gewählte Hebellänge: l=125mm (vorhandenes Kaufteilmaß) Nachprüfung des Vierkants auf Dauerfestigkeit: τ t vorh = T W t = τ t vorh = T W t τ t zul T 0,208 SW 3 = 39600Nmm N = 38,8 0,208 (17mm) 3 mm 2 26

31 Schaffer Markus τ t zul = τ t W N k t b 1 b N = mm2 0,96 0,88 0,91 = 58 N β k t S D 1,28 1,5 mm 2 τ t vorh < τ t zul => Vierkant ist Dauerfest! 27

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33 Schaffer Markus 13. Literaturverzeichnis Alfred Böge, Technische Mechanik. Springer Vieweg Verlag, Auflage 31 Alfred Böge, Formeln und Tabellen zur Technischen Mechanik. Springer Vieweg Verlag, Auflage 23 Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek. Roloff/ Matek Maschinenelemente. Springer Vieweg Verlag, Auflage 21 Beiblatt zur Handkraft: ndustrial_design.pdf download am , 15:04 29

34 Erklärung Ich versichere durch meine Unterschrift, dass ich die vorstehende Arbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe angefertigt, alle Stellen, die ich wörtlich oder annähernd wörtlich aus Veröffentlichungen entnommen, als solche kenntlich gemacht und mich auch in keiner anderen als der angegebenen Literatur oder sonstiger Hilfsmittel bedient habe. Die Arbeit hat in dieser oder in ähnlicher Form noch keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegen. Dore Samuel Ort, Datum, Unterschrift

35 Erklärung Ich versichere durch meine Unterschrift, dass ich die vorstehende Arbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe angefertigt, alle Stellen, die ich wörtlich oder annähernd wörtlich aus Veröffentlichungen entnommen, als solche kenntlich gemacht und mich auch in keiner anderen als der angegebenen Literatur oder sonstiger Hilfsmittel bedient habe. Die Arbeit hat in dieser oder in ähnlicher Form noch keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegen. Schaffer Markus Ort, Datum, Unterschrift