PES2
VDi2221, Sowie Maschinenelemente des PES2 Unterrichtes an der ZHAW
VDi2221, Sowie Maschinenelemente des PES2 Unterrichtes an der ZHAW
Pflichtenheft:
Pflichtenheft:
Definition: Realisierung aller Anforderungen durch den Lieferanten beschreiben lassen
Ersteller: Lieferant
Aufgabe: Definieren WIE und WOMIT Anforderungen zu realisieren sind.
Bemerkung: Pflichtenheft enthält Lastenheft mit Realisierung der Anforderungen.
Beschreiben sie die drei Anforderungstypen:
Beschreiben sie die drei Anforderungstypen:
Festforderung: gekennzeichnet durch quantitative Angaben
(z.B. Getriebeübersetzung (i = 12) oder beschreibende Angaben (z.B. aussetzender Betrieb)
Festforderungen müssen erfüllt werden. Eine Überschreitung ändert den Wert des Produktes nicht. Ein fester Wert
Mindestanforderung: die jeweils zur günstigen Seite hin über- oder unter-
schritten werden dürfen (z.B. größerer Verstellbereich, kleinerer Energieverbrauch, höhere Lebensdauer). Mindestanforderungen müssen erfüllt werden. Bei Überschreitung zur günstigen Seite wird der Wert des Produktes erhöht. Mindest-/Maximalforderungen brauchen zwingend eine Messgrösse / Einheit
Wunsch: die nach Möglichkeit ohne Mehraufwand berücksichtigt
werden sollen (z.B. gutes Design, Baukastenprinzip, zentrale Bedienung). Wünsche müssen nicht erfüllt werden. Erfüllung der Wünsche erhöht den Wert des Produktes
Anforderunslieste:
Anforderunslieste:
Definition: Zusammenstellung aller Daten und Informationen durch den Konstrukteur für die Konstruktion von Produkten.
Ersteller: Konstrukteur
Aufgabe: Definieren von Zweck und Eigenschaften der Anforderungen.
Bemerkung: Anforderungsliste entspricht erweitertem Pflichtenheft
Lastenheft:
Lastenheft:
Definition: Anforderungen des Kunden als Liefer- und Leistungsumfang zusammenstellen.
Ersteller: Kunde
Aufgabe: Definieren WAS und WOFÜR zu lösen ist.
Bemerkung: Lastenheft enthält Anforderungen und Rand- bedingungen
Erklären sie das Pareto-Prinzip:
Erklären sie das Pareto-Prinzip:
20% der Ursache sind oft für 80% der Wirkung verantwortlich oder die letzten 20% kosten 80% des Aufwandes!
Warum ist eines Saubere Produktentwicklung wichtig:
Warum ist eines Saubere Produktentwicklung wichtig:
Gesamtkosten für Produkt entstehen in erster Linie durch den Konstruktionsbereich, während dieser selbst nur wenig zur Kostenentstehung beiträgt.
Wie Lautet die Norm der Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme:
Wie Lautet die Norm der Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme:
VDI 2206
Ausarbeiten (Nach VDI 2221):
Ausarbeiten (Nach VDI 2221):
Das Ausarbeiten bedeutet, alle Fertigungs- und Montageangaben in Zeichnungen und Stücklisten festzulegen mit der erforderlichen Dokumentation.
Entwerfen (Nach VDI 2221):
Entwerfen (Nach VDI 2221):
Das Entwerfen besteht aus dem Gestalten von Teilen, Baugruppen und Verbindungen bis zum fertigen Produkt.
Die Drei Arbeitsschritte des Konzipieren (Nach VDI 2221):
Die Drei Arbeitsschritte des Konzipieren (Nach VDI 2221):
- Funktionen festlegen und Funktionsstruktur aufstellen.
- Physikalische Prinzipien für das Wirkprinzip festlegen.
- Geometrie, Bewegungen und Stoffarten als Lösungsprinzip festlegen.
Planen (Nach VDI 2221):
Planen (Nach VDI 2221):
Erklärt die Aufgabe durch Erfassen der Anforderungen, die in einer Anforderungsliste festgelegt werden.
Wie sind die vier Phasen der Produktentwicklung:
Wie sind die vier Phasen der Produktentwicklung:
Planen, Konzipieren, Entwerfen, Ausarbeiten
Vergleich der Regelverhalten:
PID Regler, D Anteil:
PID Regler, D Anteil:
- Abweichung Soll - Ist wird differenziert
- D-Anteil misst die Änderung des Fehlers und reagiert darauf (Reagiert nicht auf Regelabweichung sondern nur auf Änderungsgeschwindigkeit)
- Wird nur als PD- oder PID-Regler verwendet
PID Regler, I Anteil:
PID Regler, I Anteil:
- Abweichung Soll - Ist wird aufintegriert
- I-Anteil stellt sicher, dass die Regelabweichung eliminiert wird
- Reagiert langsam TN: Nachstellzeit
PID Regler, P Anteil:
PID Regler, P Anteil:
- Abweichung Soll - Ist wird proportional verstärkt
- P-Anteil ist nicht in der Lage den Fehler ganz auf 0 zu bringen (Regelabweichung)
- Ein zu hoher P-Anteil kann das System schwingen lassen
- Reagiert unmittelbar
Regelung mit und ohne Vorsteuerung:
Was ist Regeln mit Vorsteuerung
Was ist Regeln mit Vorsteuerung?
- Zusätzlich zur Stellgrösse aus dem Regler wird aus dem Sollwert auch mit der Vorsteuerung eine Stellgrösse berechnet.
- Höhere Genauigkeit ohne die Stabilität zu gefährden.
Was ist Regeln?
Was ist Regeln?
- Sollwert w(t) wird mit der Rückführung (gemessene Ausgangsgrösse) zur Regelabweichung e(t) verrechnet.
- Der Regler berechnet daraus die Stellgrösse u(t).
- So kann auf den effektiven Istwert reagiert werden.
Was ist Steuern?
Was ist Steuern?
- Sollwert w(t) wird in Stellgrösse u(t) umgerechnet.
- Die Strecke wird direkt mit dieser Stellgrösse betrieben.
- Kein Feedback (kann nicht auf Abweichungen reagieren)
Geben Sie die drei Passungsarten an:
Spiel, Übermass- und Übergangspassung
Skizze von gebräuchlichen Antrieben bei Schrauben. Benennen Sie den Antrieb?
Inbus, Torx, Sechskant
Wie wird bei Reibschluss Kraft übertragen?
Nur über Reibkraft zwischen den Teilen
Was ist grosser Nachteil beim Schweissen gegenüber Kleben?
Grosse Wärmeneinbringung -> Spannungen und Verzug
Welche Gleitlagertypen kennen Sie?
Hydrostatisch, hydrodynamisch und selbstschmierend
Was ist Unterschied zwischen Welle und Achse?
Welle: rotiert und überträgt Moment
Achse: steht, kein Moment und ist Lagerung für rotierende Teile
Geben Sie je zwei Vor- und Nachteile des Fräsens an.
Vorteile: hohe Genauigkeit, sehr flexibel,
Nachteile: langsames Verfahren, grosser Materialaufwand.
Gilt die Festigkeit als mechanische oder physikalische Eigenschaft eines Werkstoffs?
Mechanische Eigenschaft
Welche Einteilung für Metalle kennen Sie?
Eisen- (Stahl und Guss) und Nichteisenmetalle (Leicht- und Schwermetalle)
Was ist der Unterscheid zwischen Steuern und Regeln?
Steuern ist ohne Feedback (Open Loop), Regeln ist mit Feedback des Systems (Closed Loop)
Nennen Sie zwei wichtige Punkte beim Brainstorming.
Keine Frage und Kritiken, Quantität vor Qualität, jede Idee wird aufgeschrieben...
Wer erstellt das Lastenheft? Kunde oder Lieferant?
Kunde
Was ist der Vorteil von Faserverbundwerkstoffen?
- Sehr gute mechanische Eigenschaften (insbesondere sehr hohe Steifigkeit)
- Sehr schwer und aufwändig zu verarbeiten (ausser Halbzeug)
- Sehr leicht
- Sehr teuer
- Sehr schlecht rezyklierbar
Vergleich Alu-Stahl (3Punkte):
Stahl ist gegenüber Alu:
3x steifer (E-Modul Stahl = 210 GPa / Alu = 70 GPa)
3x schwerer (�� Stahl = 7.8 g/cm3 / Alu = 2.7 g/cm3)
3x billiger
Was ist der Vorteil von Kunststoffen?
- Meist sehr günstiger Werkstoff
- Schlechte mechanische Eigenschaften
- Sehr viele Halbzeuge verfügbar (Rohre, Profile...)
- Einfach zu bearbeiten
- Korrosionsbeständig
- Sehr verschiedene Eigenschaften
- Chemische Beständigkeit
- Mechanische Eigenschaften
- „Spezialeigenschaften“ (zB Farbe, Transparenz)
- Schlecht rezyklierbar
Was ist der Vorteil von Aluminium?
- Gutes Verhältnis von Gewicht zu Steifigkeit
- Gute Korrosionsbeständigkeit
- Viel verschiedene Halbzeuge verfügbar
- Einfacher zu bearbeiten als Stahl
- Optisch ansprechend (eloxierbar)
- Eher teuer
Was ist der Vorteil von Stahl?
- „Günstiger“ Werkstoff
- Gute Verfügbarkeit
- Sehr gute mechanische Eigenschaften Eher schwierig zu bearbeiten
- Schlechte Korrosionsbeständigkeit
- Grosse Vielfalt
- Festigkeit / Steifigkeit
- Korrosionsbeständigkeit
- Sehr grosser Preis-Range
- Für jedes Bedürfnis gibt es den passenden Stahl
E-Modul vs. Dichte
Was sind die Wichtigsten Auswahl Kriterien eines Werkstoffes?
Was sind die Wichtigsten Auswahl Kriterien eines Werkstoffes?
Mechanische Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Herstellverfahren für Bauteile
Kosten
Wie sind die Werkstoffe eingeteilt?
-
- 1 / 181
-
Cartes-fiches
Was ist der Vorteil von Stahl?
- „Günstiger“ Werkstoff
- Gute Verfügbarkeit
- Sehr gute mechanische Eigenschaften Eher schwierig zu bearbeiten
- Schlechte Korrosionsbeständigkeit
- Grosse Vielfalt
- Festigkeit / Steifigkeit
- Korrosionsbeständigkeit
- Sehr grosser Preis-Range
- Für jedes Bedürfnis gibt es den passenden Stahl
E-Modul vs. Dichte
Was sind die Wichtigsten Auswahl Kriterien eines Werkstoffes?
Was sind die Wichtigsten Auswahl Kriterien eines Werkstoffes?
Mechanische Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Herstellverfahren für Bauteile
Kosten
Wie sind die Werkstoffe eingeteilt?
Was ist ein Werkstoff?
Was ist ein Werkstoff?
Werkstoffe sind Materialen aus denen Werkstücke gefertigt werden.
Qualität und Eigenschaften der Produkte werden durch die richtige Wahl des Werkstoffes massgeblich beeinflusst.
Was ist eine Selbsthaltende Kupplung?
Was ist eine Elastische Kupplung?
Was ist eine Drehsteife Kupplung?
Was ist eine Nachgiebige Kupplung?
Was ist eine Starre Kupplung?
Was für Kupplungen gibt es?
Was sind Kupplungen?
- Kupplungen sind Verbindungen zwischen einer Welle und einem anderen Bauteil zur Übertragung von Drehmomenten.
- Kupplungen dienen der festen oder beweglichen, starren oder elastischen Verbindung.
- Kupplungen können radiale, axiale oder winklige Wellenverlagerungen ausgleichen.
- Kupplungen können Schwingungen und Drehmomentstösse dämpfen.
Was sind die Nachteile einer Formschlüssige Verbindungen?
Verbindungen sind für dynamische Kräfte ungeeignet, da Spiel zwischen Welle und Nabe vorhanden sein kann.
Durch komplexe Formgebung entstehen teuere Teile.
Was sind die Vorteile einer Formschlüssigen Verbindung?
Verbindungen lassen sich leicht lösen.
Es können nahezu beliebig hohe Kräfte und Momente übertragen werden.
Was für Formschlüssige Wellen-Naben Verbindungen gibt es?
- Passfeder: Sowohl Welle wie auch Nabe haben eine Nut, in welche eine Passfeder eingelegt wird.
- Keil- und Zahnwellen: Welle und Nabe sind so profiliert, dass möglichst grosse Kräfte übertragen werden können. Entweder mit einer mehrfachen Keilform oder mit einer Verzahnung.
- Polygonverbindungen: Polygonprofile sind selbstzentrierende Unrundprofile. Diese Verbindungen sind für die Übertragung von stossartigen Drehmomenten geeignet. Da keine Kerbwirkung wie bei anderen Formschlüssigen Verbindungen.
- Stirnzahnverbindung: Bauteile werden durch eine an den Stirnflächen angebrachten Plan-Kerbverzahnung starr und Zentrisch miteinander Verbunden. Wird auch Hirthverzahnung genennt.
Was sind die Nachteile einer Reibschlüssigen Verbindung?
- Kraftübertragung durch Reibfaktoren beschränkt.
- Durch sehr hohe Normalkräfte entstehen hohe Spannungen in den Bauteilen (Wandstärken beachten).
- Gepresste und geschrumpfte Teile unter Umständen schwierig zu lösen.
Was sind die Vorteile einer Reibschlüssigen Verbindung?
- Es können grosse Kräfte übertragen werden.
- Herstellung der Teile ist einfacher und daher preisgünstiger.
- Verbindungen sind für dynamische Kräfte geeignet (kein Spiel in der Verbindung). Funktioniert insbesondere auch bei stossartigen Belastungen.
- Keilverbindungen in der Regel gut lösbar.
Was für Reibschlüssige Verbindungen gibt es?
- Pressverbindung: Teile werden mit einer Presspassung gefertigt und ineinander gepresst.
- Schrumpfsitz: Teile haben Presspassung, Nabe wird aufgeheizt und nachher abgekühlt
- Keilverbindung: Welle und Nabe werden über einen oder mehrere Keile verspannt.
Welche Verbindungsarten werden unterschieden?
Reibschlüssige Verbindungen: Moment wird nur über Reibung übertragen.
Formschlüsse Verbindungen: Form der beiden Bauteile stellt die Übertragung des Drehmoments sicher.
Was ist eine Achse?
Werden zur Lagerung rotierender Bauteile eingesetzt und übertragen kein Moment.
Was ist eine Nabe?
Bauteil, welches auf Welle aufgesetzt wird.
Was ist eine Welle?
rotierendes Bauteil, welches Moment überträgt.
Was sind die Nachteile einer Schraubverbindung?
Relativ hohe Kosten im Vergleich zu Kleb-, Schweiss- und Nietverbindungen
Kerbwirkung der Gewinde
Aufwändige Verarbeitung durch Gewinde Schwächung der Bauteile durch Bohrungen
Nicht kontrolliertes Anziehen führt zu plastischen Verformungen
Was sind die Vorteile einer Schraubverbiundung?
- Einfache Montage und Demontage
- Lösbare Verbindung
- Hohe Temperaturbeständigkeit
- Verbindung unterschiedlicher Werkstoffe leicht möglich Keine Gefügeveränderung
Warum müssen Schrauben mit dem Richtigen Drehmoment angezogen werden?
Schrauben müssen unbedingt mit dem richtigen Drehmoment angezogen werden.
Zu stark: Schraube kann sich plastisch verformen
Zu schwach: Auftretende Kräfte können nicht richtig aufgenommen werden
Was für Fertigungsklassen gibt es?
Wie müssen Gewinde gefertigt werden?
Da Gewinde oft nicht bis ans Ende gefertigt werden können muss folgendes beachtet werden:
Innengewinde: Auslauf am Ende des Gewindes
Aussengewinde: Freistich am Ende des Gewindes
Wie Müssen Schraubverbindungen Konzipiert werden und wie Tief minimal eingeschraubt?
Schraube nur auf Zug belasten (Scherung und Biegung sind Gift für Schrauben aufgrund Kerben (Gewinde)).
Querkräfte müssen bei Schrauben über die Reibung zwischen den Teilen aufgenommen werden (Anzugsdrehmoment beachten).
Minimale Einschraubtiefe bei Schrauben: Stahl: 0.8 - 1.2 x Durchmesser
Alu: 1.5 - 2.0 x Durchmesser
Benennen sie das Gewinde:
Was für Gewindearten gibt es?
Was ist eine Schraubverbindung?
Meist verwendete Maschinenelemente zum Verbinden von Bauteilen.
Schraubverbindungen lassen sich zerstörungsfrei lösen und wieder verbinden.
Es gibt eine Vielzahl von verschiednen Schraubentypen und -grössen.
Schraube wirkt wie eine Feder, die die Bauteile miteinander verspannt.
Eine Schraube übersetzt eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung. Schraubverbindungen sind Kombinationen aus Form- und Reibschluss:
Formschluss im Gewinde zwischen Schraube und Mutter.Reibschluss auf der schiefen Ebene bei Verdrehung. Reibschluss zwischen Teilen durch Normalkraft.
Was sind die Nachteile des Lötens?
- Reduzierte Festigkeit der Lötstelle.
- Zusätzlicher Arbeitsgang der Oberflächenvorbereitung.
- Es ist fast immer eine Überlappung notwendig.
- Galvanische Korrosion durch unterschiedliche Potentiale der Verbindungspartner möglich (vor allem bei Aluminium).
Was sind die Vorteile des Lötens
Was sind die Vorteile des Lötens?
- Geringere Wärmeeinbringung gegenüber Schweissen und damit weniger Verzug.
- Es können leicht verschiedene Werkstoffe kombiniert werden.
- Gute wärme- und elektrische Leitfähigkeit vorhanden.
- Es können mehrere Lötverbindungen an einem Werkstück gleichzeitig hergestellt werden.
Was für Arten des Lötens gibt es und bei welcher Temperatur?
Was für Arten des Lötens gibt es und bei welcher Temperatur?
- Weichlöten: bis 450°C
- Hartlöten: ab 450°C
- Hochtemperaturlöten: ab 900°C
Was ist Löten?
Unlösbares Verbinden von Fügeteilen durch Zufügen von geschmolzenem Lot.
Dabei entsteht eine Oberflächenlegierung, die Fügeteile werden nicht aufgeschmolzen.
Was sind die Nachteile beim Kleben?
Was sind die Nachteile beim Kleben?
- Klebeverbindungen besitzen unter Umständen eine deutlich tiefere Festigkeit als die Grundmaterialien.
- Klebeverbindungen nicht sehr hitzebeständig.
- Unter Umständen recht lange Aushärtzeiten.
- Aufwändige Oberflächen-Vorbereitung.
- Veränderung der Festigkeit durch Alterung.
- Grundsätzlich ist eine Überlappung notwendig.
Was sind die Vorteile beim Kleben?
Was sind die Vorteile beim Kleben?
- Bauteile werden keiner grossen Wärme ausgesetzt.
- Es können ganz unterschiedliche Werkstoffe verbunden werden.
- Keine Schwächung der Teile (z. B. durch Löcher).
Klebeverbindungen können isolierend, dichtend, elastisch oder dämpfend
Wie Klebt man richtig?
Was ist Kleben?
Was ist Kleben?
Unlösbares Verbinden der Fügeteile mittels Klebstoff.
Der Klebstoff haftet auf Oberfläche durch physikalische Wechselwirkungen (Adhäsion).
Was sind die Nachteile beim Schweissen?
Was sind die Nachteile beim Schweissen?
- Je nach Verfahren wird viel Wärme eingebracht. Spannungen und Verzug beim Abkühlen der Bauteile.
- Unter Umständen aufwändige Vorarbeiten notwendig (Entlacken, Entrosten, Vorwärmen...).
- Unter Umständen aufwändige Nacharbeiten notwendig (Glühen (Entspannen), Reinigen...).
