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© Bernd Heidemann 1 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Abschnitt Elemente technischer Systeme Konstruktionstechnik.

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1 © Bernd Heidemann 1 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Abschnitt Elemente technischer Systeme Konstruktionstechnik WS 2012/13 Elemente technischer Systeme Teil 2 Bolzen und Schrauben Dipl. Ing (FH) Daniel Kelkel Prof. Dr.-Ing. Bernd Heidemann Büro 7217 Tel Ziele des Abschnitts ETS: Wichtige mechanische Grundelemente zum Aufbau technischer Systeme kennen lernen. Grundelemente benennen! Übersicht vermitteln. Eigene Recherchen anregen.

2 © Bernd Heidemann 2 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Übersicht 1 Wintersemester 2012/13 Raum 8025, Stunde 1 + 2, ab 07:45 Fr Evaluation Formschlüssige Verbindungen: Bolzen und Schrauben Klausurübung Fr Elemente techn. Systeme (Lager) Klausurübung heute

3 © Bernd Heidemann 3 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – Gliederung und Übersicht Verbindungsarten stoffschlüssig schweißen kleben löten formschlüssig wie Haken in Öse ineinander eingreifende bzw. abstützende Flächen kraftschlüssig Reibschluss F FNFN F = μ F N starrgelenkigelastisch lösbar unlösbar

4 © Bernd Heidemann 4 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig - Nieten Nietverbindung nicht lösbare formschlüssige Verbindung plastisch verformtes, zylindrisches Verbindungselement Das Herstellen der Verbindung heißt Nieten und wird vorwiegend zum Fügen von Blechteilen eingesetzt. Im Kessel- und Tragwerks-/ Stahlbau ist es durch modernere Fügetechniken (Kleben, Schweißen) verdrängt worden. Nachteile: höherer Arbeitsaufwand (Löcher bohren, Niete umformen, Bauteile werden durch Löcher geschwächt…) Vorteile ungleichartige Werkstoffe können verbunden werden. keine Beeinflussungen durch Wärmewirkung Zwei Vollniete Nietverbindungen an einer alten Brücke Verschiedene Blindniete

5 © Bernd Heidemann 5 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig - Nieten Herstellung einer Nietverbindung: Nietloch herstellen: bohren, (oder stanzen und anschließend reiben) Lochränder ansenken Den Setzkopf mit einen Gegenhalter unterstützen. Den Niet mit Kopfmacher (auch Schellhammer oder Döpper genannt) auf einer Nietmaschine unter gleichmäßigem Druck oder mit einem Drucklufthammer unter Schlägen schließen. Stahlniete bis d = 8mm und alle Nichteisenmetallniete werden kalt geschlossen. Stahlniete ab d = 10mm werden warm geschlossen, d.h. nach Erwärmen auf Hellrotglut ca. 1000°C. Gestaltung des Loches vor dem Schließen Nach dem Schließen des eines Halbrundkopfes Setzkopf Gegenhalter

6 © Bernd Heidemann 6 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig - Nieten Beispiele: Voll-, Halbhohl- und Rohrnieten für niedrige Schließungskräfte Vollniet nach DIN 7338 Hohlniet nach DIN 7339 Rohrniet nach DIN 7340 Bauteile aus elastischen oder besonders spröden Werkstoffen können nur mit Nietformen verbunden werden, bei denen nur niedrige Schließungskräfte aufgebracht werden müssen. Nieten nach DIN 7338 für Brems- und Kupplungsbeläge

7 © Bernd Heidemann 7 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig - Nieten Blindnieten: ermöglichen das Vernieten von nur einseitig zugänglichen Bauteilen wie z.B. an Halbhohl- oder Hohlprofilen. Vergleiche: Dübelbefestigungen Verschiedene Blindniete

8 © Bernd Heidemann 8 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig - Nieten Blindnieten

9 © Bernd Heidemann 9 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig - Nieten Blindnieten: ermöglichen das Vernieten von nur einseitig zugänglichen Bauteilen wie z.B. an Halbhohl- oder Hohlprofilen. Vergleiche: Dübelbefestigungen Beispiel Dornniet: 1 Niet eingesetzt 2 Dorn einziehen 3 Niet geschlossen Beispiel Durchziehniet: 1 Niet eingesetzt 2 Dorn ausziehen 3 Niet geschlossen

10 © Bernd Heidemann 10 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig - Nieten Blindnieten: ermöglichen das Vernieten von nur einseitig zugänglichen Bauteilen wie z.B. an Halbhohl- oder Hohlprofilen. Beispiel Blindniet: 1 Niet eingesetzt 2 Kerbstift einschlagen 3 Niet geschlossen Abbildungen aus: Krause, Grundlagen der Konstruktion für Feinwerk- und Elektrotechniker

11 © Bernd Heidemann 11 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Nieten - Gewindniet Hinweis: Siehe Übungen am Ende der Vorlesung

12 © Bernd Heidemann 12 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Mit Stiften und Bolzen werden zwei oder mehrere Bauteile formschlüssig und lösbar verbunden. Sie gehören zu den ältesten Verbindungselementen und sind weitestgehend genormt. Sie sind einfach und kostengünstig. Anwendungen: Zur Positionssicherung zweier Maschinenteile, z.B. Getriebedeckel auf dem Getriebegehäuse… Zum Realisieren fester Verbindungen zwischen Naben, Hebeln, Stellringen und Wellen oder Achsen. Fertigungsschritte hierzu: Loch bohren und reiben 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte z.B. der Zylinderstift

13 © Bernd Heidemann 13 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Zum Beispiel der Zylinderstift nach DIN EN – ISO 2338: Dieser ist mit unterschiedlichen Detailgeometrien und mit verschiedenen Toleranzfeldern genormt verfügbar. Z.B.: Toleranzfeld m6 mit Linsenkuppe, h8 mit Kegelkuppe, h11 ohne Kuppe. Einige Regeln zur Auswahl und Gestaltung: Den Stiftdurchmesser d passend zum Schraubendurchmesser wählen, z.B. also d = 6 mm bei M6. Stiftlänge l 2 x d Stiftkuppe bündig mit der Oberkante des Bauteils abschließen lassen. Zur Orientierung: Übliche Stiftdurchmesser in der Feinwerkstechnik d 5 mm im Maschinenbau 6 mm d 12 mm im Großmaschinenbau d 16 mm 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte z.B. der Zylinderstift

14 © Bernd Heidemann 14 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte Beispiele: Genormte Bolzen Ohne Kopf Mit Kopf und Splintloch Mit Gewindezapfen Beispiel: Gabelgelenk mit Bolzen Welche Passungen sind sinnvoll? Abbildungen aus: Krause, Grundlagen der Konstruktion für Feinwerk- und Elektrotechniker

15 © Bernd Heidemann 15 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Entwerfen – Einfluss der Stückzahl auf Fertigung u. Gestaltung - Lagerbock

16 © Bernd Heidemann 16 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Entwerfen – Einfluss der Stückzahl auf Fertigung u. Gestaltung - Lagerbock

17 © Bernd Heidemann 17 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Entwerfen – Einfluss der Stückzahl auf Fertigung u. Gestaltung - Lagerbock

18 © Bernd Heidemann 18 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Entwerfen – Einfluss der Stückzahl auf Fertigung u. Gestaltung - Lagerbock

19 © Bernd Heidemann 19 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte

20 © Bernd Heidemann 20 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte

21 © Bernd Heidemann 21 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte - Splinte

22 © Bernd Heidemann 22 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte

23 © Bernd Heidemann 23 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte Beispiel: Stiftverbindung zur Drehmomentübertragung Variante: Querstift Abbildungen aus: Krause, Grundlagen der Konstruktion für Feinwerk- und Elektrotechniker Welche Passungen sind sinnvoll?

24 © Bernd Heidemann 24 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte Beispiel: Stiftverbindung zur Drehmomentübertragung Variante: Längsstift F Abbildungen aus: Krause, Grundlagen der Konstruktion für Feinwerk- und Elektrotechniker

25 © Bernd Heidemann 25 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte Konstruktive Hinweise: in der Regel in Bohrungen mit Passungseigenschaften (Toleranzfelder H7 bis H12). Für lösbare Stiftverbindungen Durchgangslöcher vorsehen (beidseitig zugänglich) Für Sacklöcher Stifte mit besonderen Enden (Zylinderstifte mit Innengewinde und Abflachung o. Längsrille) Normen: Zylinderstifte nach DIN EN-ISO 2338 Kegelstifte nach DIN EN Kerbstifte nach DIN EN ISO 8739 bis 8745 Kerbnägel nach DIN EN ISO 8746 und 8747 Beispiele a)Kegelstift zum axialen Verspannen zweier Bauteile b)Zylinderstift als Anschlag c)Paßkerbstift in einem Gabelgelenk d)Zylinderstifte als Querstifte e)Paßkerbstifte mit Hals in einem Funktionselement Abbildungen aus: Krause, Grundlagen der Konstruktion für Feinwerk- und Elektrotechniker

26 © Bernd Heidemann 26 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Bolzen und Stifte Übung: Skizziere für die Beispiele d) und e) die Ansichten in Draufsicht. Welche Funktion ist jeweils vorstellbar?

27 © Bernd Heidemann 27 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Verbindungen – formschlüssig – Spannhülse DIN 1481 Spannhülse nach DIN 1481 Warum hält das?

28 © Bernd Heidemann 28 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube und Schraubenverbindungen Entwicklung einer Spezialschraube für gebrochene Halswirbel mit Hilfe der MIM- Technik - Forschungsziel Wissenschaftliches und technisches Ziel dieses Projektes, bei der die MIM-Technologie (Metal Injection Moulding) zur Anwendung kommt, ist die Herstellung eines vermarktungsfähigen Wirbelschraubenimplantats aus Metallpulverspritzguss auf Ti-Al- Nb-Basis unter besonderer Berücksichtigung der für dieses Produkt wichtigen Eigenschaften. Dazu zählen Funktionalität, Bioverträglichkeit und Festigkeit. Zu Brüchen in der Halswirbelsäule kommt es zumeist als Folge von Auffahrunfällen. Eine besonderen Gruppe von anspruchsvollen Befestigungselementen, Dehnschrauben genannt, leisten zuverlässige Hilfe beim Heilungsprozess. Grundgedanke dieser Schraubenkonstruktion ist, mit Hilfe der beiden Gewinde-Enden mit Schneidkanten des Schraubenschaftes die Knochenfragmente aufgrund der unterschiedlichen Gewindesteigungen zusammen zu ziehen und sie so bis zur Wiederherstellung einer dauerhaft knöchernen Verbindung zu fixieren. Die Schrauben wurden bisher überwiegend durch spanende Fertigungsverfahren wie Drehen, Fräsen und Gewindeschneiden hergestellt. Mit der Anwendung der noch relativ jungen Technologie des Metallpulverspritzgießens verfolgt GKSS einen neuen, innovativen Fertigungsansatz. Für die grundsätzliche Erreichbarkeit der formulierten Ziele steht das derzeit ebenfalls bei GKSS durchgeführte BMBF-Projekt zur Entwicklung einer neuartigen Herzklappenprothese aus biokompatibler Titanlegierung. (Dezember 2007)

29 © Bernd Heidemann 29 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube und Schraubenverbindungen

30 © Bernd Heidemann 30 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube und Schraubenverbindungen

31 © Bernd Heidemann 31 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube und Schraubenverbindungen Schrauben aus Milch und Zucker Im Allgemeinen sind Schrauben recht harte Gegenstände aus Metall. Meist müssen sie mit großem Kraftaufwand eingeschraubt werden. Eine unangenehme Vorstellung, wenn es sich um die eigenen Knochen handelt, die die Schraube fixieren soll. In Deutschland sind nun erstmals Bioschrauben im Einsatz - diese bestehen aus Milchsäure statt Metall und lösen sich nach einem Jahr einfach auf. Es handelt sich um zwei Millimeter dünne Schrauben aus Milchsäure, die mit zuckerhaltigen Substanzen verfestigt werden. Fußchirurg Jürgen Walpert erklärt: "Es gibt Patienten, die auf bestimmte Metalle allergisch reagieren, zum Beispiel Chrom-Nickel-Schrauben. Zum Teil haben auch Metallschrauben einen so großen Schraubenkopf, dass es später zu Druckproblemen im Schuh kommen kann. Diese Probleme haben Sie mit den Bioimplantaten nicht." Das Material ist spröder als Metall, lässt sich sogar mit zwei Fingern zerbrechen. Dennoch ist die Schraube genauso stabil wie Metallimplantate. Vier bis sechs Wochen muss die Patientin noch spezielle Schuhsohlen zur Stabilisierung tragen, dann ist die Knochenheilung abgeschlossen. Weitere zwei Monate später beginnt sich die Schraube aufzulösen, ohne dass die Patientin davon etwas merkt. Ein zweiter Eingriff bleibt ihr erspart. (Dezember 2007)

32 © Bernd Heidemann 32 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube und Schraubenverbindungen Das Verbindungselement Schraube: prinzipiell ein zylindrischer oder kegelförmiger Stift oder Bolzen Gewinde aufgebracht Am oberen Ende ein geometrisch verschieden ausgeführten so genannten Kopf Das Gewinde kann prinzipiell als Keil oder schiefe Ebene betrachtet werden, der zur Wirkungsentfaltung durch Rotation wendelförmig um einen Zylinder gewickelt ist. Wo wird dieses Prinzip noch verwendet? Maschinenschraube mit Sechskantkopf, M 45 x 160, Festigkeitsklasse 4.6, verzinkt oben: Schrauben aus dem Computerbau

33 © Bernd Heidemann 33 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Beispiel: Förderschnecken

34 © Bernd Heidemann 34 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube und Schraubenverbindungen Die Schraubenverbindung: populäre Verbindungstechnik erzeugt definierte Vorspannkraft in Schraubenlängsrichtung durch ein definiertes Anzugsmoment (über Schraubenkopf eingeleitet ) Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen verbindbar einfache Montage und Demontage (Lösbarkeit!) Ein großes Angebot an Normschrauben, -muttern und zusätzlichen Elementen (Scheiben, Sicherungen) großes Angebot an Sonderschrauben verfügbar (siehe Baumärkte!) für jede Anwendung optimale Schraubenverbindung Die Schraube Mutter bzw. Einschraubgewinde Das zu befestigende Bauteil Die Elemente einer Schraubenverbindung:

35 © Bernd Heidemann 35 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube und Schraubenverbindungen Konstruktive Voraussetzungen: Durchgangsbohrung des zu befestigenden Bauteils muss mit der Gewindebohrung in einer Flucht liegen Beim Fügen (Anziehen der Schraube) ist Operationsraum vorzusehen, um die Drehbewegung und die geradlinige Bewegung der Schraube zu ermöglichen. U.U. ist beidseitige Zugänglichkeit erforderlich. Gegebenenfalls muss das Anzugsmoment kontrolliert werden (Nach fest kommt ab. Nach ab kommt…). Gegebenenfalls sind Sicherungen gegen Lösen erforderlich. Die Schraube Mutter bzw. Einschraubgewinde Das zu befestigende Bauteil Die Elemente einer Schraubenverbindung: Welche Voraussetzungen sind konstruktiv notwendig?

36 © Bernd Heidemann 36 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Exkurs - Das Anziehen einer Schraube… Warum will man lernen? Aus Neugier und Wissensdrang Aus einem speziellen Bedürfnis für eine Anwendung Noten, Lob, Prestige,

37 © Bernd Heidemann 37 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Exkurs - Das Anziehen einer Schraube… Wer zuletzt lacht hat den Witz nicht verstanden…

38 © Bernd Heidemann 38 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Schrauben – genormte Vielfalt... Aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, 15. Auflage (Ro-01)

39 © Bernd Heidemann 39 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Schrauben – genormte Vielfalt... Aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, 15. Auflage (Ro-01)

40 © Bernd Heidemann 40 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Schrauben – genormte Vielfalt... Aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, 15. Auflage (Ro-01)

41 © Bernd Heidemann 41 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Sonderschrauben Aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, 15. Auflage (Ro-01)

42 © Bernd Heidemann 42 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Schrauben – genormte Vielfalt... Aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, 15. Auflage (Ro-01)

43 © Bernd Heidemann 43 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Analyse der Teilkörper und Einzelgeometrien Schraube Kopf Schaft Gewinde (profilierte Einkerbung) Fase Funktionsbeschreibung und Variationen Die Schraube ist ein System aus Teilkörpern und Einzelgeometrien. Jeder Teilkörper hat eine Funktion. Jeder Teilkörper kann hinsichtlich Form, Geometrie und Werkstoff variiert werden. d d = Nenndurchmesser = Außendurchmesser Zylinderkopf mit Innensechskant Rundkopf Senkkopf Linsen-Senkkopf Beispiel: Variationen zum Kopf

44 © Bernd Heidemann 44 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Beanspruchungsgerechtes Gestalten IX Dünnschaftschrauben nichts ist unmöglich... 2 Die Schraube – Analyse der Teilkörper und Einzelgeometrien - Schaft Schrauben mit Dehnwendel (Zylinderkopfverschrauben PKW-Motoren) Schraube mit Dehnrillen Gewinde Dehnwendel Abbildungen aus: Schrauben Vademecum-91

45 © Bernd Heidemann 45 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Das Gewinde Gewinde Analyse des Gewindes: Genutzte physikalische Effekte: Keileffekt, Schiefe Ebene, Reibung Wirkprinzip: Schiefe Ebene um einen Zylinder gewickelt, ergibt die so genannte Schraubenlinie Umfang = π d 2 α P mit α Steigungswinkel P Steigung d 2 Flankendurchmesser wird φ Axialer Einschraubweg z = f (φ): z

46 © Bernd Heidemann 46 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Das Gewinde – Gewindearten I GewindeprofilFlanken -winkel β Darstellung, Norm ErläuterungenAnwendungen Flachgewinde (a)nicht genormt Spitzgewinde (e)60°Metrisches ISO- Gewinde DIN 13 (Regelgewinde) Am häufigsten eingesetzte Gewinde im Maschinenbau, Durchmesser mm Befestigungsschrauben für Verbindungen allgemeiner Art. Metrisches ISO- Feingewinde Durchmesser mmBefestigungen dünner Teile, Befestigungen mit größeren Beanspruchungen, größere Gewinde, Gewinde an Wellen, Einstell- u. Dichtungsschrauben Trapezgewinde (c,f) 30°DIN 103Durchmesser mmBewegungsspindeln, in beiden Bewegungsrichtungen gleich belastbar Sägengewinde (d)30° u. 3°DIN 513Durchmesser mmBewegungsspindeln, einseitig sehr stark belastbar Rundgewinde (b)30°DIN 405Durchmesser mmschmutzunempfindlich, robust, Waggonkupplungen Durch Variation des Gewindeprofils sind folgende Gewindearten nach DIN 202 darstellbar: Gewindebezeichnungen, grundsätzlich: Mit Kennbuchstabe für die Gewindeart und Maßangabe für den Nenndurchmesser: M6, M12, M20 Evtl. zusätzlich: Steigung M20 x 2, Tr36 x 6 Linksgängigkeit M30-LH (Left-Hand)

47 © Bernd Heidemann 47 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Das Gewinde – Gewindearten II GewindeprofilFlanken- winkel β Darstellung, Norm ErläuterungenAnwendungen Rohrgewinde (e)55°DIN ISO 228 Whitworth- Rohrgewinde Innen- und Außengewinde zylindrisch für nicht im Gewinde dichtende Verbindungen DIN 2999Außengewinde konisch, Innengewinde zylindrisch Druckdichte Verbindungen bei Rohren, Armaturen, Gewindeflanschen Stahlpanzerrohr- Gewinde 80°DIN In der Elektrotechnik (Rohrverschraubungen) Elektrogewinde (früher: Edison- Gewinde) DIN In der Elektrotechnik, z.B. für Lampenfassungen, Sicherungen Weitere Spezialgewinde Blechschrauben, Holzschrauben, Gasflaschen, Porzellankappen uvam.

48 © Bernd Heidemann 48 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Exkurs: Innengewinde herstellen Exkurs Gewindefurchende Schrauben: starke Verbreitung und Anwendung in den letzten Jahren erhebliche Kosteneinsparung im Fertigungsprozess: Werkzeuge (Gewindebohrer) und die Teilprozesse Gewinde bohren, Gewinde reinigen und Gewinde kontrollieren entfallen. bei gegossenen Löchern (z.B. in Aluminium) entfällt auch der Teilprozess Loch bohren Reduktion der Gesamtkosten für eine Schraubenverbindung um bis zu 85% hohe Sicherheit gegen Selbstlösen Aus Zeitschrift: Konstruktion

49 © Bernd Heidemann 49 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Tabelle

50 © Bernd Heidemann 50 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Tabelle Zur Definition der Festigkeitsklassen:

51 © Bernd Heidemann 51 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Tabelle

52 © Bernd Heidemann 52 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Gestalten von Schraubenverbindungen Beanspruchungsgerechtes Gestalten: Biegebeanspruchung der Schraube vermeiden. Biegung tritt auf, wenn Auflageflächen für Kopf und Mutter nicht eben sind (Abhilfe: Auflageflächen anfräsen/planen) oder schief zur Schraubenachse stehen. Schiefe Auflagen können auch durch Deformation benachbarter Teile entstehen. Abbildungen aus: Leyer-66

53 © Bernd Heidemann 53 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Gestalten von Schraubenverbindungen Abbildungen aus: Leyer-66 Flanschformen: a)Zu breit und zu dünn b)Deformation unter Belastung c)Schmale kräftige Flansche sind biegesteif d)Biegentlastung durch eingesetzte Spickel

54 © Bernd Heidemann 54 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Gestalten von Schraubenverbindungen Beanspruchungsgerechtes Gestalten: Biegebeanspruchung der Schraube vermeiden. Beispiel: Unterlegscheiben in der Sonderform Vierkantscheiben nach DIN 434 und 435. quadratische Fläche im Querschnitt keilförmig mit entsprechender Neigung damit kann auf den ebenfalls geneigten Flanschflächen der Profile eine ebene und zur Bohrungsachse senkrechte Auflagefläche für Schraubenkopf und Mutter erzeugt werden. Abbildungen aus: Steinhilper-93 Ausgleichs-Unterlegscheiben nach DIN 434 und 435 für U- und I-Profile

55 © Bernd Heidemann 55 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Gestalten von Schraubenverbindungen Abbildung aus: Haberhauer-2001, *Texte ergänzt Problem Konstruktive Lösung Bemerkung *Gewindefreistich nach DIN 76 T1 *Genügend Abstand zu Wandungen vorsehen. Dieses auch für Schraubenkopf und –schlüssel zu beachten! *Gleichzeitig wird die Dauerhaltbarkeit erhöht.

56 © Bernd Heidemann 56 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Gestalten von Schraubenverbindungen Abbildung aus: Haberhauer-2001, *Texte ergänzt Problem Konstruktive Lösung Bemerkung *Gewindefreistich nach DIN 76 T1 *Genügend Abstand zu Wandungen vorsehen. Dieses auch für Schraubenkopf und –schlüssel zu beachten! *Gleichzeitig wird die Dauerhaltbarkeit erhöht.

57 © Bernd Heidemann 57 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Gestalten von Schraubenverbindungen Problem Konstruktive Lösung Bemerkung *Bequemen Werkzeugzugang sicherstellen, insgesamt den erforderlichen Operationsraum bedenken! Abbildung aus: Haberhauer-2001, *Texte ergänzt manche IKEA-Konstruktionen... *(auch für Reparaturzwecke!) *(gilt insbesondere für entsprechende Kunststoffe!) Problem Konstruktive Lösung Bemerkung

58 © Bernd Heidemann 58 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – Gestalten von Schraubenverbindungen Problem Konstruktive Lösung Bemerkung *Bequemen Werkzeugzugang sicherstellen, insgesamt den erforderlichen Operationsraum bedenken! Abbildung aus: Haberhauer-2001, *Texte ergänzt manche IKEA-Konstruktionen... *(auch für Reparaturzwecke!) *(gilt insbesondere für entsprechende Kunststoffe!) Problem Konstruktive Lösung Bemerkung

59 © Bernd Heidemann 59 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS 2 Die Schraube – mit Sensor Beschreibung: handelsübliche Schraube mit speziellem Sensor ermöglicht die direkte Messung der Vorspannkraft mit Ultraschall Genauigkeit +/-3% der Ziel-Vorspannkraft Nutzen: bislang nicht gekannte Ausnutzung der Schraubenfestigkeit weniger Schrauben mit geringerer Dimension für die gleiche Sicherheitsleistung Gewichtseinsparung, Verbesserung des Leistungsgewichts Kostenreduzierung: Montage, Qualitätskontrollen Anwendungen: Fahrzeugbau Luft- und Raumfahrtindustrie Schiff-, Kran-, Brückenbau Aus Zeitschrift: Konstruktion SONDERSCHRAUBEN

60 © Bernd Heidemann 60 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Ein technisches System

61 © Bernd Heidemann 61 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Ein technisches System

62 © Bernd Heidemann 62 HTW des Saarlandes – WS2009/10 – Konstruktionstechnik – Elemente technischer Systeme ETS Literatur Decker-98 Decker.: Maschinenelemente. 14. Auflage München, Wien: Hanser, Haberhauer-2001 Haberhauber, H., Bodenstein, F.: Maschinenelemente. 11. Auflage. Berlin, Heidelberg: Springer, Roloff-03 Roloff/Matek.: Maschinenelemente. 16. Auflage Wiesbaden: Vieweg, Leyer-66 Maschinenkonstruktionslehre Heft 3 Spezielle Gestaltungslehre 1. Teil Basel, Stuttgart: Birkhäuser 1966 Steinhilper-93 Steinhilper, W., Röper, R.: Maschinen- und Konstruktionselemente. 3. Auflage Berlin, Heidelberg: Springer, 1993.


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