Fachschule für Technik schriftliche Prüfung Sondershäuser Landstraße 39 99974 Mühlhausen Kon/FT copyright: Grywatsch 12. April 2015 Konstruktion Aufgabe I Konstruktionssystematik / Anforderungsliste Informationen Für den Antrieb einer Förderanlage wurden ein Elektromotor und ein im Stillstand schaltbares Getriebe ausgewählt und entwickelt. Die konstruktive Lösung wurde dimensioniert und anschließend umgesetzt. Durch Veränderung der Produktion, speziell der Variabilität und Losgrößen pro Auftrag, musste ein neues Konzept entwickelt werden, da durch Schaltbarkeit im Stillstand die komplette Anlage außer Betrieb genommen werden musste. Das neue Konzept sieht vor die Schaltbarkeit des Getriebes im Betrieb zu realisieren, wozu eine Kupplung auf der Zwischenwelle vorgesehen werden soll. Sie erhalten den konstruktiven Auftrag das vorhandene Getriebe durch eine im Betrieb schaltbare Kupplung zu ergänzen. Als Basis für Ihre konstruktive Lösung erhalten Sie eine Skizze (siehe beiliegende Skizze) mit der schematischen Darstellung des Getriebes und der Angabe der vorhandenen Daten. Die Konstruktionssystematik nach VDI 2222 sieht die Analyse der Aufgabenstellung als grundlegenden ersten Schritt vor, in dessen Folge eine Anforderungsliste entstehen soll. Aufgabe 1. Wozu dient eine Anforderungsliste? - Erfassung der notwendigen Daten für die Lösung - Einordnung der Daten in die Konstruktionsphasen o Prinzip o Konzept o Entwurf o Ausarbeitung - Erfassung der Art der Anforderungen o J/N Ja/Nein-Forderung o F tolerierte Forderung o W Wunsch - Erfassung von Änderungen 2. Welche Informationen sollten enthalten sein? - Organisationsdaten o Nummerierung o Verantwortlichkeit - Prozessdaten o Anforderungsart o Konstruktionsphasenzugehörigkeit - Benennung der Anforderungen - Wertdaten o Mindest- o Soll- o Idealerfüllung o Einheiten
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Fachschule für Technik schriftliche Prüfung Sondershäuser Landstraße 39
99974 Mühlhausen Kon/FT
copyright: Grywatsch 12. April 2015 Konstruktion
Aufgabe I
Konstruktionssystematik / Anforderungsliste
Informationen Für den Antrieb einer Förderanlage wurden ein Elektromotor und ein im Stillstand schaltbares Getriebe ausgewählt und entwickelt. Die konstruktive Lösung wurde dimensioniert und anschließend umgesetzt. Durch Veränderung der Produktion, speziell der Variabilität und Losgrößen pro Auftrag, musste ein neues Konzept entwickelt werden, da durch Schaltbarkeit im Stillstand die komplette Anlage außer Betrieb genommen werden musste. Das neue Konzept sieht vor die Schaltbarkeit des Getriebes im Betrieb zu realisieren, wozu eine Kupplung auf der Zwischenwelle vorgesehen werden soll. Sie erhalten den konstruktiven Auftrag das vorhandene Getriebe durch eine im Betrieb schaltbare Kupplung zu ergänzen. Als Basis für Ihre konstruktive Lösung erhalten Sie eine Skizze (siehe beiliegende Skizze) mit der schematischen Darstellung des Getriebes und der Angabe der vorhandenen Daten. Die Konstruktionssystematik nach VDI 2222 sieht die Analyse der Aufgabenstellung als grundlegenden ersten Schritt vor, in dessen Folge eine Anforderungsliste entstehen soll. Aufgabe
1. Wozu dient eine Anforderungsliste?
- Erfassung der notwendigen Daten für die Lösung - Einordnung der Daten in die Konstruktionsphasen
o Prinzip o Konzept o Entwurf o Ausarbeitung
- Erfassung der Art der Anforderungen o J/N Ja/Nein-Forderung o F tolerierte Forderung o W Wunsch
- Erfassung von Änderungen
2. Welche Informationen sollten enthalten sein?
- Organisationsdaten o Nummerierung o Verantwortlichkeit
- Prozessdaten o Anforderungsart o Konstruktionsphasenzugehörigkeit
- Benennung der Anforderungen - Wertdaten
o Mindest- o Soll- o Idealerfüllung o Einheiten
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3. Wie sollten die Anforderungen benannt sein?
- eindeutige Benennung - keine falschen Richtungs- oder Zielvorgaben - Selbstverständlichkeiten werden nicht benannt
4. Erstellen Sie für die Aufgabenstellung eine Anforderungsliste mit den wichtigen Daten für
die Konzeption der Kupplung, nutzen Sie hierfür die beigefügte vereinfachte Anforderungsliste! - siehe beiliegende Vorlage Anforderungsliste
- wichtige Aspekte
o Getriebedaten Motordaten Werte / Einheit Zahnräder Übersetzungen
o Baumaße / Dimensionierung Wellendaten Abmaße für Kupplung Werte / Einheit
o Kraftübertragung/Kupplung Trennung Kraftfluss Trennvorgang
o Schaltvorgang / Zahnradpaarung
- Art der Anforderung
Anforderungsliste
Anforderungsliste
J/N = Forderung
F = tolerierte Forderung
W = Wunsch
Auftrag Prüfung Konstruktion
Bearbeiter:
Klasse:
Aufgabe I: Konstruktionssystematik Datum:
Anforderungen
Nr. Bezeichnung/Anforderung
Ein
hei
t
Verantwortung
J/N Werte
Daten
F Erläuterung
Änderung
W
1 Getriebedaten
1.1 Motordaten P 15 kW
n 1050 min-1
J/N 1.2 Zahnraddaten
…
F 1.3 Übersetzungen
…
2 Baumaße/Dimensionierung
J/N 2.1 Wellendaten
…
F 2.2 Abmessungen für Kupplung
max. Höhe 360 mm
max. Breite 280 mm
…
3 Kraftübertragung / Kupplung
J/N 3.1 Kraftflusstrennung im Betrieb
F 3.2 Trennvorgang
manuell
automatisch
…
4 Schaltprozess / Zahnradpaarung
…
Unterschriften Blatt …
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Aufgabe II
Toleranzuntersuchung / Festlegung von Toleranzen
Informationen Beiliegende Konstruktionsunterlagen (Zusammenbauzeichnung Lagerung, Einzelteilzeich-nungen) sind das Ergebnis der konstruktiven Gestaltung einer Lagerstelle. Die Lagerung ist mit Radialrillenkugellager (DIN 625-1) als Festlager ausgeführt. Das Lager läuft in Öl, wel-ches durch eine entsprechende Schmierstelle (in den Darstellungen nicht erkennbar) in re-gelmäßigen Abständen erneuert wird. Die Abdichtung wird durch Spaltdichtung (Deckel rechts) und durch eine Labyrinthdichtung (Deckel links) realisiert. Die konstruktive Gestaltung erfolgte mit Hilfe des CAD-Systems SolidWorks und basiert auf idealen Nennmaßen, eine Festlegung bzw. Untersuchung hinsichtlich notwendiger Ferti-gungstoleranzen ist bisher nicht erfolgt. Sie erhalten den Auftrag die vorhandenen Unterla-gen hinsichtlich der Toleranzangaben zu prüfen und zu überarbeiten. Aufgabe
1. Wozu sind Toleranzen notwendig?
- Toleranzangaben sind für die Fertigung nötig - Toleranzangaben sind nötig um die Funktion der Baugruppen (Kombination der Ferti-
gungstoleranzen) zu sichern
2. Was ist nach Möglichkeit bei der Toleranzangabe zu beachten? - Toleranzangaben sind so genau wie nötig zu gestalten - Toleranzangaben sind unter Berücksichtigung der Fertigungsverfahren und wenn
möglich in Bearbeitungsrichtung anzugeben 3. Untersuchen Sie dargestellte konstruktive Lösung (Maßangaben) hinsichtlich der Funkti-
onssicherheit der Festlagerung. Setzen Sie die notwendigen Maße der Bauteile in Bezie-hung und legen Sie erforderliche Toleranzangaben fest! Sollten Änderungen der Nenn-maße notwendig sein können diese durchgeführt werden!
Hinweis: Nutzen Sie die Gesetzmäßigkeiten der Toleranzlehre in dem Sie die Haupt-sätze der Toleranzlehre anwenden!
Achtung: Für die übrigen Maße müssen keine Toleranzangaben gemacht werden!
- Entscheidung für eine Variante - Toleranzen festlegen - Anwendung Hauptsätze
o Maßkette erstellen, sta Maß benennen o Nullgleichung mit HS II o gesuchte Größe errechnen o Kontrolle mit HS I
Ergebnisse Lösungsvorschlag siehe Skizze und Berechnung
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Skizze und Berechnung:
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Aufgabe III
Vorrichtungsbau / Gestaltung von Bauelementen
Teil 1 Informationen Für die Lagerung einer Welle (hydrostatisches Gleitlagerung) wird eine Lagerbuchse (beilie-gende Zeichnung Kon_Prfg_III/1 - Lagerbuchse) aus Automatenmessing verwendet. Die Schmierung wird über Schmierkanäle im Lagergehäuse und die in der Buchse befindlichen Bohrungen realisiert. Die Lagerbuchsen werden auf einem Drehautomaten von Stange gefertigt anschließend ent-gratet und in einem abschließenden Arbeitsgang mit den Bohrungen (Spiralbohrer in Stän-derbohrmaschine) versehen. Das Auftragsvolumen beträgt 10.000 Stk weshalb die Erstel-lung einer Bohrvorrichtung vorgesehen ist. Die Recherche nach vorhandenen Lösungen ergab, dass es eine ähnliche Bohrvorrichtung vorhanden ist (1000 Konstruktionsbeispiele für die Praxis, Seite 33, Hanser-Verlag – siehe Skizze), welche in den notwendigen Abmessungen erstellt werden soll.
Quelle: Krahn, Eh, Lauterbach; 1000 Konstruktionsbeispiele für die Praxis, Hanser-Verlag
Sie erhalten die Aufgabe die notwendigen Spannelemente (Spannschraube, Kreuzgriff) zu dimensionieren und nach Katalog auszuwählen.
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Aufgabe
1. Warum ist die Erstellung einer Bohrvorrichtung für dieses Auftragsvolumen sinnvoll?
- Zeiteinsparung, da Anreißen und körnen entfällt – sehr zeitaufwendig bei jedem Teil und auf Basis der rotationssymetrischen Form ungünstig
- Relativ hohe Stückzahl - Arbeitsprozess wird vereinfacht
2. Dimensionieren Sie die Spannelemente (Spannschraube, Kreuzgriff) in Abhängigkeit des
eingeleiteten Schnittmomentes! Wählen Sie die Bauelemente nach den vorliegenden Ka-talogauszügen aus! - siehe Berechnungen
o Schnittmoment o Gewindedimensionierung o Auswahl/Festlegung der Baugrößen nach Katalog
3. Weisen Sie die Funktionssicherheit für die Bohrvorrichtung mit denen von Ihnen ausge-
wählten Bauelementen nach!
Hinweis: Die Standsicherheit muss nicht nachgewiesen werden! Eine Toleranzuntersuchung (Position der Bohrbuchsen) muss nicht durchge-führt werden!
- siehe Berechnungen
o Spannkraftnachweis o Spannungsnachweis
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Teil 2 Informationen Die Zeichnung (Kon_Prfg_III/2 - Rasthebel) zeigt die konstruktive Lösung für einen Rasthe-bel. Durch diesen sollen verschiedene Positionen arretiert werden, wozu in die Bohrungen mit Winkellage 20° Zylinderstifte in der entsprechenden Position gesteckt werden.
Der Rasthebel wird als Gussteil angeliefert und anschließend nach Zeichnung spanend fertig bearbeitet. Als letzter Arbeitsgang erfolgt die Schlitzung (3 mm) um durch Verschraubung eine Klemmwirkung realisieren zu können. Die Schlitzung wird mit einem Sägeblatt einge-bracht.
Si erhalten die Aufgabe für den Arbeitsgang sägen der Schlitzung 3 mm eine Vorrichtung zu konstruieren in der die bearbeiteten Bauteile aufgenommen werden können. Die Vorrichtung soll auf dem Maschinentisch der Säge befestigt werden.
Aufgabe
4. Welche Aufgaben muss eine Vorrichtung erfüllen?
- Lagebestimmung – Positionierung Werkstück/Werkzeug - Spannung – Aufnahme eingeleiteter Kräfte und Momente durch die Bearbeitung - Werkzeugführung – Führung von langen schlanken Werkzeugen (Bohrer, Räumna-
del, …), welche stark auf Knickung beansprucht sind - Arbeitsschutz & Handhabung – Arbeitssicherheit muss gewährleistet sein, Bedienung
muss einfach und eindeutig sein 5. Konstruieren Sie eine Spannvorrichtung für den Rasthebel (Bearbeitungsgang Sägen)
und stellen Sie diese in der Qualität des verbesserten Bauprinzips dar inklusive Benen-nung der Bauelemente!
Hinweis: Es müssen keine Berechnungen zum Nachweis der Funktionssicherheit aus-
geführt werden! Es müssen keine Varianten konstruiert und diskutiert werden! - siehe Skizze – Lösungsalternative
o Lagebestimmung
o Spannung
o Bedienung
o Befestigungsmöglichkeit
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Aufgabe IV
Werkzeugbau / Erstellung eines Schneidwerkzeuges
Informationen Für den Rotor eines Elektromotors werden entsprechende Kerne aus Blechzuschnitten zusammengesetzt. Die Blechzuschnitte werden in Schneidwerkzeugen in großen Stück-zahlen hergestellt. Auf beiliegender Zeichnung ist ein Rotorblech dargestellt, welches durch ein Schneid-werkzeug hergestellt werden soll. Die Auftragsmenge beträgt 125.000 Stk. Sie erhalten die Aufgabe für das dargestellte Rotorblech (siehe Zeichnung) ein Schneidwerkzeug zu konstruieren, wobei die Ausführung (Folge- oder Gesamtschneid-werkzeug) von Ihnen frei wählbar ist. Aufgabe 1. Die Führung der aktiven Schneidelemente zueinander ist wesentlich für den Aufbau der
Werkzeuge, benennen Sie die Möglichkeiten der Werkzeugführung! - Plattenführung - Säulenführung (evtl. mit geführten Platten) - ohne Führung (Freischneidwerkzeuge)
2. Als Ausführungsarten für Schneidwerkzeuge gibt es Gesamtschneid- und Folgeschneidwerkzeuge, stellen Sie vor- und Nachteile gegenüber!
Folgeschneidwerkzeuge Gesamtschneidwerkzeuge
Vorteile Vorteile - komplexe Formen herstellbar - hohe Genauigkeit - einfacher Aufbau - geringe Baumaße - gut mit Umformung kombinierbar -
Nachteile Nachteile - geringere Genauigkeit - komplexer Aufbau - große Baumaße - hohe Geräuschentwicklung - - Schnittform begrenzt
3. Entscheiden Sie sich für eine Ausführungsvariante und Begründen Sie Ihre Entscheidung
(kurz in Stichworten)! 4.
- Entscheidung und Begründung – frei wählbar und somit verschiedene Lösungen möglich / Begründung sollte schlüssig sein
5. Konstruieren Sie ein Werkzeug für die Herstellung des Rotorbleches und stellen Sie Ihre
Lösung in der Qualität des verbesserten Bauprinzips mit Benennung der Bauelemente dar!
Hinweis: Es müssen keine Berechnungen ausgeführt werden!
Es müssen nur die wesentlichen Bauelemente dargestellt werden!
