Ausgangssituation:
Ein Projektteam soll eine Handlaufkatze nach Musteranregungen konzipieren, konstruktiv ausgestalten und ihre Fertigung planen
Werteliste Handlaufkatze
F in kN
5
8
10
12
15
20
Problemstellung:
Beschreibung des Szenarios für den Einsatz des ausgewählten Modells der Handlaufkatze.
Analyse der funktionalen Randbedingungen einer Handlaufkatze allgemein und im Besonderen für den aktuellen Fall mit allen nötigen Bauteilen dazu und ihre konstruktive Umsetzung.
Dazu sind geeignete Verbindungstechniken und Maschinenelemente zusammenzustellen, eine konstruktive Entscheidung zu treffen, diese zu berechnen, als Inventor-Entwurf zu konstruieren und mit allen nötigen Informationen für die Fertigung zu versehen.
Die Verstärkungen im Blech für die Lastaufnahmeachse sollen dabei geschweißt werden.
Das Projekt ist in 6 Teilschritten zu bearbeiten.
1 Teilschritt – Problemanalyse, Informationen
zusammentragen, Lösungsansatz erarbeiten
Aufgabe 1.1:
• Informationen über die Funktionsweise einer Handlaufkatze zusammentragen
• Informationen über Achsenbelastung für unterschiedliche Betriebsarten sammeln
• Achse-Nabe-Verbindungen vergleichen und für Problemfall auswählen
• Lagerungen von Achsen analysieren und für den aktuellen Problemfall geeignete zusammenstellen
• mögliche Dichtungen dafür auswählen
• lösbare und unlösbare Verbindungstechniken vorstellen, vergleichen und auswählen
• 3 mögliche Lösungsansätze (funktionale Skizzen) der Konstruktionsabteilung präsentieren
Dazu sind:
• Zusammenstellung der benötigten Maschinenelemente auf der Achse mit Beschreibung derer Funktionen,
• für den geforderten Einsatz die Vor- und Nachteile zusammenzustellen,
• qualitativer kostenvergleich unter diesen mögliche Lösungsansätze erarbeiten,
• schriftliche Ausarbeitung. Handlungsergebnisse:
• Schriftliche Ausarbeitung zur Beschreibung des Szenarios, Vorstellen von verschiedenen Lösungsmöglichkeiten und ein Lösungskonzept auswählen (nach Abstimmung mit der Konstruktionsabteilung).
2 Teilschritt – auftretende Belastungen analysieren,
Bauteilberechnung, Auswahl der Maschinenelemente
Aufgabe 2.1:
• Bauteilbelastung analysieren, die gefährdeten Querschnitte finden und in Skizze darstellen,
• darin Belastungen der gefährdeten Querschnitte bestimmen und darstellen,
• Auslegungsrechnung der erforderlichen Querschnitte über Zug-, Abscherungs-, Lochlaibungsbelastung etc.,
• Berechnung von einer Achse auf Biegung durchführen,
• Auslegungsrechnung der Größe der Maschinenelemente, die verbaut werden. Handlungsergebnisse:
• Skizzen mit Bauteilbelastungsanalyse
• Berechnungen gegebenenfalls über Excel-Tabellen (zu empfehlen)
3 Teilschritt – Konstruktion mit dem Inventor,
Berechnung der Achse mit Inventor nachkontrollieren
Aufgabe 3.1:
• Konstruktionsentwurf des abgestimmten Lösungsansatzes mittels Inventor über ZB-Konstruktion ggf. Wellengenerator von Inventor verwenden,
• Einzelteilzeichnungen über Inventor erstellen,
• Zusammenbauzeichnung mit Stückliste über Inventor erstellen.
Dafür ist notwendig:
• Kennenlernen des Entwerfens mit dem CAD-System Inventor, beginnend mit dem Gesamtentwurf,
• Kennen- und Anwendenlernen des Wellengenerators von Inventor,
• Zusammenfügen der Bauteile zu einem groben Gesamtentwurf,
• Erstellen von Einzelteilzeichnungen und einer ZSB-Zeichnung.
Handlungsergebnisse:
• Inventor-Modelle der Gesamtkonstruktion und der Einzelteile
• Inventor-Werkstattzeichnungen der Einzelteile
• Inventor-Gesamtzeichnung und Stückliste
4 Teilschritt – Planung der Fertigung
Die dargestellte Rolle soll aus
EN 10278 – 110 · Lager 3000 – EN 10277-4 – 20NiCrMo2-2 + S hergestellt werden.
Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung.
a) Erläutern Sie die Bezeichnung und die Zusammensetzung der Legierung.
b) Beschreiben Sie, wie die negative Wirkung innerer und äußerer Wärmequellen beeinflusst werden kann.
c) Bei der Bearbeitung der Laufrollen entstehen Wirkbewegungen und daraus resultierend Kräfte. Zeichnen Sie die Wirkbewegung für die Bearbeitung der Laufrollen und beschriften Sie die einzelnen Bewegungen.
d) Bei einer anschließenden Qualitätskontrolle wurden Oberflächenfehler auf der Laufrolle festgestellt. Analysieren Sie den Fehler und schlussfolgern Sie den
Grund dafür.
e) Während der zerspanenden Bearbeitung wird die Welle der Fertigungsmaschine stark auf Torsion belastet. Erklären Sie und stellen Sie dar, wie die Torsionssteifigkeit berechnet wird.
5 Teilschritt – Qualitätsprüfung
Aufgabe 5.1:
Bei Stichprobenüberprüfungen werden die Rundheit, Durchmesser, Breite, Radien und Rauigkeiten Ra überprüft.
a) Beschreiben Sie für jeden zu überprüfenden Bereich ein geeignetes Messinstrument, stellen die Rundheit als Sinnbild dar und erläutern den Begriff Ra.
b) Um die Maßüberprüfung nach der Fertigung zu entlasten, soll bereits während der spanenden Fertigung die Passung berührungslos gemessen werden.
Beschreiben Sie ein entsprechendes Verfahren.
c) Bei der Messung der Passungen ergaben sich folgende Maße:
Berechnen Sie den Mittelwert und die Standardabweichung aller Maße.
Berechnen Sie diese, wenn alle Maße, die außerhalb der Toleranz liegen,
nicht beachtet werden, da nachweislich ab dem Zeitpunkt der Messung
dieser Maße das Werkzeug defekt war.
• Geben Sie den Bereich b an, in dem die ermittelten Messwerte mit einer statistischen Wahrscheinlichkeit von P = 95 % liegen.
• Auch die Mittelwerte streuen. Geben Sie den Bereich an, in dem der wahre Wert der Messgröße mit einer Sicherheit von 95 % liegt.
• Geben Sie das Messergebnis der Messreihe an.
d) Über den Produktionszeitraum von einer Woche im 2-Schicht-Betrieb wurde alle 2 Stunden eine Messung durchgeführt. Die folgenden Mittelwerte ergaben sich bei jeder Stichprobe. Erstellen Sie aus den Daten eine Mittelwertkarte und interpretieren Sie diese Karte.
6 Teilschritt – Herstellung der Laufrollen
Aufgabe 6.1:
Die Laufrollen werden mittels Umformtechnik hergestellt. Dazu ist umfangreiches Wissen aus diesem Bereich unumgänglich.
a) Erläutern Sie anhand eines Spannungs-Dehnungsschaubildes den Bereich der Umformung von drei verschiedenen Metallen, ohne dass ein Versagensfall während der Umformung (z.B. Riss oder Einschnürung) eintritt.
b) Vergleichen Sie das Fertigungsverfahren Umformen mit einem trennenden Fertigungsverfahren für das Beispiel der Laufrollen und nennen Vor- und Nachteile.
c) Es sind Kopfbolzen nach Skizze aus C35EC (oder Ck35) herzustellen.
Hinweis: Es wird nicht das gesamte Rohteil umgeformt.
Gegeben: nf = 0,8; Fertigdurchmesser Kopf: 30 mm, Fertighöhe Kopf 20 mm, Länge ohne Kopf 60 mm, Durchmesser Bolzen 20 mm.
Gesucht: Rohlingsabmessung – Umformkraft – Umformarbeit
a) Zur Herstellung des Kopfbolzens soll ein Hammer verwendet werden. Erörtern Sie die Wirkungsweise und Eigenschaften des Fallhammers, Oberdruckhammers und Gegenschlaghammers als Umformmaschine und erklären, nach welchem physikalischen Prinzip die Hämmer arbeiten.
b) Weitere Teile sollen mit einer Kurbelpresse durch Gesenkformen hergestellt werden. Beschreiben Sie hierzu die Vorgänge Stauchen, Breiten und Steigen im Gesenk.
c) Die Laufkatze wird auf einer Profilschiene geführt. Diese soll mittels Strangpressen hergestellt werden. Aus einem Rohling aus Al 99,8 sind Hohlprofile gemäß Skizze durch Vorwärtsstrangpressen herzustellen.
Die Abmessungen des Rohlingsblockes betragen ø 200 mm mit l von 1 500 mm. Der Radius des Rezipienten beträgt 70 mm, der Reibungsfaktor des Schmiermittels 0,025. Der Radius des Dornes beträgt 5 mm.
Ermitteln Sie die Strangpresskraft Fst.
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