00 Technik Klasse 8 Skript Maschinentechnik-Übergang · 2020. 4. 19. · Getriebe leiten Rotationsenergie von der Antriebswelle über Zahnräder, Riemen- oder Reibscheiben zur Abtriebswelle

Technik Klasse 8 – Maschinentechnik Skript Name: ____________________________________________

Maschinentechnik

Gutschera

Z1 Z2

Z4

Z3

Technik 8 Maschinentechnik Datum: __________________

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Inhaltsverzeichnis

1. Die Bedeutung der Maschine ................................................................................................. 3

2. Informationen: Bauteile von Maschinen ................................................................................ 4

3. Übung: Baugruppen der Standbohrmaschine ......................................................................... 5

4. Demontageanalyse: Akkuschrauber ....................................................................................... 6

5. Aufbau und Wirkungsweise einer Maschine ........................................................................... 7

6. Die Funktion von Maschinen – EVA Prinzip ............................................................................. 8

7. Informationen: Maschinenelemente im Detail ....................................................................... 9

8. Informationen: Getriebearten .............................................................................................. 10

9. Übung: Getriebearten .......................................................................................................... 11

10. Informationen Getriebe - Einteilung ................................................................................. 12

11. Übung: Getriebeeinteilung ............................................................................................... 13

12. Getriebe – Drehrichtung und Getriebearten ..................................................................... 14

13. Getriebe – Drehrichtungen erkennen ............................................................................... 15

14. Getriebe – Knobelaufgaben .............................................................................................. 16

15. Berechnung von Übersetzungsverhältnissen .................................................................... 17

16. Übungen: Berechnung von Übersetzungsverhältnissen .................................................... 19


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1. Die Bedeutung der Maschine Aufgabe: Ergänze die angefangene Fortsetzungsgeschichte mit deinen Gedanken! Überlege dir auch, was sich für uns Menschen ganz plötzlich alles ändern würde, wenn es keine Maschinen mehr gäbe!

Die Entwicklung der Menschheit ist eng mit der Erfindung und Weiterentwicklung von Maschinen verbunden. Ohne Maschinen wäre ...

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2. Informationen: Bauteile von Maschinen Technische Objekte können nicht nur nach ihrer Funktion, sondern auch nach ihrem Aufbau untersucht werden. Maschinen z.B. bestehen aus vielen verschiedenen mechanischen Bauteilen, die sich in Baugruppen und in Bauelemente unterteilen lassen. Baugruppen sind die aus Bauelementen zusammengesetzten Funktionseinheiten, z.B. Motor, Kupplung, Getriebe, Schalter, Einspannvorrichtung, ... Die Baugruppen arbeiten so zusammen, dass die gewünschte Wirkung erzielt wird. Bauelemente sind die kleinsten, nicht weiter zerlegbaren Bauteile, wie z. B. Achsen, Schrauben, Muttern, ... Beispiel: jede Arbeitsmaschine, wie hier die Stichsäge, besteht aus fünf Baugruppen: Trägerteil, Antriebsteil, Steuerteil, Übertragungsteil und Arbeitsteil.

Zusätzlich haben viele Arbeitsmaschinen auch Schutzteile, die in die Baugruppen integriert sind (z. B. Überlastsicherung). Das Zusammenarbeiten der Baugruppen ermöglicht die gewünschte Wirkung, hier das Sägen. Welche Funktionen die Baugruppen bei dem Zusammenwirken übernehmen, zeigt die Abbildung oben.Maschinen sind nicht die einzigen technischen Objekte, die aus Baugruppen bestehen. Auch bei anderen technischen Objekten, wie Anlagen oder Schaltungen, kann man Baugruppen erkennen und auf ihr Zusammenwirken hin untersuchen.


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3. Übung: Baugruppen der Standbohrmaschine Merke dir:

• Die kleinsten, nicht weiter zerlegbaren Bauteile nennt man __________________________ • ______________________ bestehen aus zusammengesetzten Maschinenelementen. • Jede Maschine besteht aus mindestens ________ Baugruppen.

Aufgabe: Hier siehst du eine Standbohrmaschine abgebildet. Ergänze mit Hilfe des Buches S.98 die Maschinenelemente und die dazugehörigen Baugruppen.

Baugruppen von Maschinen

In Maschinen übernehmen Baugruppen bestimmte Aufgaben (Funktionen). Baugruppen bestehen aus einzelnen Maschinenteilen (Maschinenelementen), die zu einerFunktionseinheit zusammengefügt sind.

In a l len Masch inen finden w i r :- Träger- oder Gehäuseteil- Antriebs- oder Energieteil- Schalt-, Steuer- oder Regelteil- Übertragungsteil- A b t r i e b s - o d e r A r b e i t s t e i l- Sicherheitsvorrichtungen

1o Benenne an der im Technikr a u m v o r h a n d e n e n B o h r m a s c h i n ed i e s i c h t b a r e n M a s c h i n e n e l e m e nte und die Baugruppen.

2 O Ordne den Begriffen derKarikatur in Abb. 33 die entspre

chenden Begriffe des EVA-Prinzipsz u .

3 ö Beschreibe an Maschinenim Techn i k raum d ie s i ch tba renM a s c h i n e n e l e m e n t e u n d d i e B a u

g r u p p e n .

k O Ein einfacher Handrührerbesteht aus wenigen Maschinene lemen ten [E . Besch re ibe d iee inze lnen Schr i t te be i der Zubere i

tung von Schlagsahne mithilfe desEVA-Prinzips.

9 8


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4. Demontageanalyse: Akkuschrauber Aufgabe: Beschrifte die Bauteile des Akkuschraubers und nenne die zugehörigen Baugruppen darunter. Hilfestellung: siehe unten + Buch S. 99 Abbildung 3

Hilfestellung: Bauteile: Bohrfutter, Elektromotor, Ein/Aus-Schalter und Drehzahlsteller, Akkumulator,

Drehmomentverstellung, Gehäuse, Getriebe Baugruppen: Trägerteil, Antriebsteil, Steuerteil, Übertragungsteil, Arbeitsteil, Energieteil

„Gläserner“ Akkubohrschrauber

Name: Klasse: Datum:

© Als Kopiervorlage freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2009

Beschrifte die Teile des Akkubohrschraubers und nenne die zugehörigen Baugruppen.


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5. Aufbau und Wirkungsweise einer Maschine

Zum leichteren Verstehen von Aufbauund Wirkungsweise einer Maschine kann das Zusammenwirken der Baugruppen in einem Schema gezeichnet werden.Dazu werden Baugruppen durch Blöcke dargestellt und Pfeile zeigen das Zusammenwirken. Alle erforderlichen Informationen über den Vorgang in der Maschine werden von den Steuerteilen in Form von Signalen an die Antriebs-, Übertragungs- und Arbeitsteile geleitet. Dieses Zusammenwirken wird durch Signalpfeile dargestellt und ergibt den Informationsfluss (Pfeile von rechts nach links). Die Signale bewirken z.B., dass ein Elektromotor eingeschaltet und elektrische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt wird. Andere Signale bewirken z.B. am Getriebe eine Drehzahländerung oder ein Umformen der Bewegungsenergie. Weitere Signale bewirken, wo und wie z.B. ein Werkzeug die Form eines Werkstücks verändert und somit Bewegungsenergie in nützliche Arbeit überführt wird. Zwischen den Baugruppen wird also Energie weitergegeben. In der richtigen Reihenfolge durch Energiepfeile verbunden, ergibt sich der Energiefluss (Pfeile von oben nach unten). Aufgabe: Beschreibe ausführlich wie die unterschiedlichen Baugruppen des Akkuschraubers zusammenwirken und so alle Funktionen gewährleisten. _________________________________________________________________________________

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6. Die Funktion von Maschinen – EVA Prinzip Jede Maschine ist aus unterschiedlichen Baugruppen zusammengesetzt. Diese Baugruppen greifen ineinander, sodass mit der Maschine Arbeit verrichtet werden kann. Maschinen verrichten ihre Arbeit nach dem EVA-Prinzip.

Alle Maschinen funktionieren nach diesem Prinzip, das den Arbeitsablauf einer Maschine vereinfacht darstellt. Die Baugruppen einer Maschine können dem EVA-Prinzip zugeordnet werden. Das Prinzip lässt sich auch auf andere Bereiche übertragen, z. B. in der Karikatur.

Aufgabe 1: Beschreibe die einzelnen Schritte beim Kaffeezubereiten mit Hilfe des EVA-Prinzips (Zeichnung oben rechts) _________________________________________________________________________________

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Aufgabe 2: Beschreibe das EVA-Prinzip am Beispiel des Akkubohrschraubers _________________________________________________________________________________

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7. Informationen: Maschinenelemente im Detail Alle Baugruppen in Maschinen setzen sich aus Maschinenteilen zusammen. Die häufigsten sind Achsen, Wellen, Lager, Hebel, Kupplungen und Räder. Sie heißen Maschinenelemente.

Aufgabe 1: Nenne für jedes hier aufgeführte Maschinenelement mindestens zwei Maschinen als Beispiele, in denen sie verwendet werden.

Maschinenelemente im Überblick

Alle Baugruppen in Maschinen setzen sichaus Masch inen te i l en zusammen . D ie häu

figsten sind Achsen, Wellen, Lager, Hebel,

Kupplungen und Räder. Sie heißen Maschin e n e l e m e n t e .

Wel len drehen s ich und le i ten Kräf te

w e i t e r . Achsen tragen drehende Teile, ohneKräfte weiterzuleiten. Sie könnenfeststehen oder sich mitdrehen.

r

OJt r

Sich drehende Teile müssen gut gelagertsein. Man unterscheidet Gleitlager undWälzlager (Rollenlager).

Kupplungen verbinden die Endenzweier Wellen miteinander. Manunterscheidet feste, bewegliche undschaltbare Kupplungen.

Stangen übertragen Kräfte vorwiegendin Längsrichtung.

Räder findet man in und an Maschinen in vielen Formen und Größen. Sieübertragen Drehkräfte und könnensie ve rändern .

Seile, Riemen und Ketten können Zugk r ä f t e w e i t e r l e i t e n .

Eine Kurbel ist ein einarmiger Hebelzum Drehen einer Welle.

0

(v A T "

Hebel drehen sich um einen Drehpunkt.Man unterscheidet zweiarmige undeinarmige Hebel. Mit Hebeln lassen sichz B. mit kleinem Kraftaufwand und langem Hebelarm große Kräfte erzeugen.

1 = ^ 1

L

1 O a) Nenne für jedes auf Seite100 dargestellte Maschinenelem e n t m i n d e s t e n s z w e i M a s c h i n e nals Beispiele, In denen sie verwend e t w e r d e n .

O b) Erkläre für deine Beispieledie Funkt ion des e inze lnen Maschinenelements für die gesamteM a s c h i n e .

• c) Erörtert In Partnerarbelt, obes für die gefundenen Funktionenandere Maschlnenelemente gibt,d ie d i e vo rhandenen e rse t zenk ö n n t e n .

1 0 0

Maschinenelement Beispiel 1 Beispiel 2

Wellen z.B. Hinterrad Fahrrad Achsen z.B. Vorderrad Fahrrad Wälzlager

Kupplung Zahnräder Riemen

Kurbel Stangen

Hebel z.B. Frontlader


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8. Informationen: Getriebearten Maschinen haben Antriebe und Abtriebe, die meistens nicht direkt nebeneinander liegen. Dieser Abstand muss überbrückt, die Antriebskraft muss weitergeleitet und angepasst (verstärkt oder abgeschwächt) werden. Es kann auch notwendig sein, die Bewegung des Antriebs in der Richtung (Drehen, Hin und Her) und in der Geschwindigkeit zu verändern. Diese Aufgaben erfüllen die Getriebe. Sie gehören zu den Übertragungsteilen.

Getriebe übertragen und wandeln Kräfte

Maschinen haben Antriebe und Abtriebe,d i e m e i s t e n s n i c h t d i r e k t n e b e n e i n a n d e r

liegen. Dieser Abstand muss überbrückt,die Antriebskraft muss weitergeleitet undangepasst (verstärkt oder abgeschwächt)w e r d e n .

Es kann auch notwendig sein, die Bewegung des Antriebs in der Richtung (Drehen,Hin und Her) und in der Geschwindigkeitzu verändern. Diese Aufgaben erfüllendie Getriebe. Sie gehören zu den Übertragungsteilen.

SchneckenradgetriebeRädergetriebe, dessen Antriebsseite eine Schnecke (wie eineSchraube) und die Abtriebsseiteein Zahnrad ist . Eine Schneckewi rk t w ie e in Zahnrad mi t nureinem Zahn. Die Schnecke isti m m e r d i e A n t r i e b s s e i t e .

StirnradgetriebeRädergetriebe, deren Stirnseitens i ch be rüh ren ode r i ne i nande r

greifen (z. B. Zahnräder).

Übertragungsteil:G e t r i e b e

KegelradgetriebeRädergetriebe mit kegelförmigausgearbeiteten Zahnrädern. Siewerden eingesetzt, wenn dieAn t r i ebs - und Ab t r i ebswe l l en desGetriebes nicht parallel zueinander angeordnet sind (z. B. im90°-Winkel).

ZahnstangengetriebeEs wird eine Drehbewegung ineine geradlinige Bewegungumgewandelt. Die Zahnstangewirkt wie ein abgewickeltesZ a h n r a d .

ZugmittelgetriebeRädergetriebe, deren Räder sichn ich t be rüh ren und m i t e inem

Zugmittel (Kette, Riemen, usw.)m i t e i n a n d e r v e r b u n d e n s i n d .

SchubkurbelgetriebeKann eine Drehbewegung in eineHin- und Herbewegung oder eineHin- und Herbewegung in eineDrehbewegung umwandeln.

1 0 2


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9. Übung: Getriebearten


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10. Informationen Getriebe - Einteilung Getriebe leiten Rotationsenergie von der Antriebswelle über Zahnräder, Riemen- oder Reibscheiben zur Abtriebswelle. Sie bestehen damit mindestens aus Antrieb, Abtrieb sowie Gestell und dienen der Wandlung von Drehmoment und Drehzahl. Kraftschluss: Kraftschlüssige Getriebe übertragen ihre Kräfte allein durch Reibung.

Formschluss: Formschlüssige Getriebe übertagen ihre Kräfte durch Ineinandergreifen der Form der Zahnräder.

Mit dieser Übersicht sind aber nicht alle Getriebe abgedeckt. Es gibt noch andere. Zum Beispiel:

Rädergetriebe

Zugmittelgetriebe

Zahnradgetriebe formschlüssig

z.B. bei der Bohrmaschine

Reibradgetriebe kraftschlüssig

z.B. beim Dynamo

Kettengetriebe formschlüssig

z.B. die Fahrradkette

Riemengetriebe kraftschlüssig

z.B. bei der Lichtmaschine


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11. Übung: Getriebeeinteilung Aufgabe 1: Welche beiden Übertragungsarten der Kräfte („Schlüsse“) werden bei Getrieben unterschieden: 1. ____________________________________________

2. ____________________________________________

Aufgabe 2:

Erkläre die beiden Begriffe Kraftschluss und Formschluss in eigenen Worten.

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Aufgabe 3: Nenne jeweils drei weitere Anwendungsbeispiele für ein formschlüssiges und ein kraftschlüssiges Getriebe:

Kraftschlüssiges Getriebe Formschlüssiges Getriebe

Aufgabe 4: Warum wird beim Fahrrad z.B. ein formschlüssiges Getriebe (Fahrradkette und Zahnräder) verwendet und nicht etwa ein kraftschlüssiges Riemengetriebe? _________________________________________________________________________________

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12. Getriebe – Drehrichtung und Getriebearten Getriebe erkennen und Drehrichtungen bestimmen Aufgabe: Zeichne die Drehrichtung der Zahnräder, Riemenscheiben usw. ein. In welche Richtung bewegt sich die Zahnstange?

© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2012 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten.

Ergänzungsmaterial zu: Umwelt Technik, TH MaschinenISBN: 978-3-12-757757-0

Aufgabe 1: Getriebe erkennen und Drehrichtungen bestimmen

Grafik: Jörg Mair, München

Zeichne die Drehrichtung der Zahnräder, Riemenscheiben usw. ein. In welche Richtung bewegt sich die Zahnstange?

Benenne die einzelnen Getriebe – beginne an der Antriebskurbel.

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Antriebskurbel


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13. Getriebe – Drehrichtungen erkennen Aufgabe: 1. Trage bei den Getrieben die fehlenden Drehrichtungspfeile ein. 2. Stelle bei A bis C fest, wie sie übersetzen (ins Langsame oder Schnelle) und bei D bis G, ob sie funktionieren.

A ___________________________________________ B ___________________________________________ C ___________________________________________

D ___________________________________________ E ___________________________________________ F ___________________________________________ G ___________________________________________


Aufgabe 2: Drehrichtungen bei Getrieben bestimmen und ihre Funktion prüfen


Trage bei den Getrieben die fehlenden Drehrichtungspfeile ein. Stelle bei A bis C fest, wie sie übersetzen, und bei D bis G, ob sie funktionieren.

Riemengetriebe Zahnradgetriebe Schneckenradgetriebe

Antrieb

Antrieb

A B

C

D

E

F G


Antrieb

Antrieb

A B

C

D

E

F G



Aufgabe 2: Drehrichtungen bei Getrieben bestimmen und ihre Funktion prüfen


Trage bei den Getrieben die fehlenden Drehrichtungspfeile ein. Stelle bei A bis C fest, wie sie übersetzen, und bei D bis G, ob sie funktionieren.


Antrieb

Antrieb

A B

C

D

E

F G


Antrieb

Antrieb

A B

C

D

E

F G



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14. Getriebe – Knobelaufgaben

1 2 3

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7

8


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15. Berechnung von Übersetzungsverhältnissen Übersetzungen lassen sich berechnen: Bei Zahnradgetrieben braucht man dazu die Zähnezahl der Zahnräder. Zur Berechnung des Übersetzungsverhältnisses (Kurzzeichen „i“) geht man immer vom antreibenden Zahnrad aus 1. Übersetzung ins Langsame Das antreibende Zahnrad (z1 = 8 Zähne) muss sich 3-mal drehen, bis sich das angetriebene Zahnrad (z2 = 24 Zähne) 1-mal gedreht hat. Es handelt sich also um eine 3fache Übersetzung ins Langsame. Rechnung: Zähnezahl des angetriebenen Rades z2 Übersetzungsverhältnis i = Zähnezahl des treibenden Rades z1 z2 24 i = ––– = ––– = 3 z1 8 2. Übersetzung ins Schnelle Dreht sich das antreibende Zahnrad (z1 = 24 Zähne) 1-mal, hat sich das angetriebene Zahnrad (z2 = 8 Zähne) bereits 3-mal gedreht. Es handelt sich also um eine 3fache Übersetzung ins Schnelle. Rechnung: Zähnezahl des angetriebenen Rades z2 Übersetzungsverhältnis i = Zähnezahl des treibenden Rades z1 z2 8 i = ––– = ––– = 1/3 z1 24

z1 = 24 z2= 8

z1= 8 z2 = 24


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3. Gesamtübersetzungsverhältnis Zur Berechung des Gesamtübersetzungsverhältnisses eines mehrstufigen Getriebes werden die Übersetzungsverhältnisse der einzelnen Stufen miteinander multipliziert. Rechnung: Gesamtübersetzungsverhältnis iges = i1 x i2 = 3 x 4 = 12 Das angetriebene Zahnrad (z4) dreht sich somit 12x langsamer als das treibende Zahnrad (z1). Die Drehzahl eines Motors mit 2400 Umdrehungen in der Minute (2400 U/min) kann mit diesem Getriebe auf 200 U/min reduziert werden. Rechnung: Drehzahl des Motors 2400 U/min = = 200 U/min Gesamtübersetzungsverhältnis des Getriebes 12

Z1

Z2 Z4

Z3


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16. Übungen: Berechnung von Übersetzungsverhältnissen

Aufgabe 1 Ein Zahnradgetriebe setzt sich aus den Zahnrädern z1 und z2 zusammen! Das antreibende Zahnrad z1 besitzt 60 Zähne. Das angetriebene Zahnrad z2 besitzt 15 Zähne. a) Berechne das Übersetzungsverhältnis der beiden Zahnräder! b) Wie viel mal dreht sich das Zahnrad z2, wenn sich das Zahnrad z1 einmal gedreht hat?

Aufgabe 2 Ein Zahnradgetriebe setzt sich aus den Zahnrädern z1 und z2 zusammen! Das antreibende Zahnrad z1 besitzt 12 Zähne. Das angetriebene Zahnrad z2 besitzt 60 Zähne. a) Berechne das Übersetzungsverhältnis der beiden Zahnräder! b) Wie viel mal muss sich das Zahnrad z1 drehen, damit sich das Zahnrad z2 einmal dreht?

Löse die nachfolgenden Aufgaben mit Hilfe der Informationen von oben!

z1 z2

z1 z2


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Aufgabe 3 Ein Zahnradgetriebe setzt sich aus den Zahnrädern z1 und z2 zusammen! Das antreibende Zahnrad z1 besitzt 9 Zähne. Das Übersetzungsverhältnis der beiden Zahnräder beträgt i = 6. a) Wie viel Zähne besitzt das Zahnrad z2?

Aufgabe 4 Ein Zahnradgetriebe setzt sich aus den Zahnrädern z1 und z2 zusammen! Das antreibende Zahnrad z1 besitzt 18 Zähne. Das angetriebene Zahnrad z2 besitzt 72 Zähne. a) Auf wie viel Umdrehungen in der Minute kann die Drehzahl eines Motors,

der sich normalerweise mit 1600 Umdrehungen in der Minute (1600 U/min) dreht, durch das Vorschalten dieses Getriebes reduziert werden.

z1 z2

z1 z2

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