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Heinz Frisch, Erwin Lösch, Erich Renner Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15 Lernsituationen, Technologie, Technische Mathematik 1. Auflage Bestellnummer 42060

Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

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Page 1: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

Heinz Frisch, Erwin Lösch, Erich Renner

Industriemechanik

Lernfelder 10 bis 15

Lernsituationen, Technologie, Technische Mathematik

1. Auflage

Bestellnummer 42060

Page 2: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

www.bildungsverlag1.de

Bildungsverlag EINS GmbHSieglarer Straße 2, 53842 Troisdorf

ISBN 978-3-427-42060-6

© Copyright 2009: Bildungsverlag EINS GmbH, TroisdorfDas Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelas-senen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages.Hinweis zu § 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen.

Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Produkt?Dann senden Sie eine E-Mail an [email protected] und Verlag freuen sich auf Ihre Rückmeldung.

Hinweise für den Benutzer

– Dieses Arbeitsheft eignet sich neben dem Einsatz im Unterricht auch sehr gut zur Prüfungsvorbereitung auf die Abschlussprüfung für Industriemechaniker Teil 2, wobei insbesondere die Lernfelder 10 und 15 zu nennen sind.

– Das Spiralkegelgetriebe (Seite 84) und das Stirnrad-Schneckengetriebe (Seite 90) können zur praktischen Ausbildung käufl ich erworben werden. Die entsprechenden Adressen sind in der Lehrerausgabe auf den Seiten 84 und 90 angegeben.

– Einsetzbar ist dieses Heft auch bei den Feinwerkmechanikern, da die Inhalte der Lernfelder sich weitgehend mit denen der Industriemechaniker decken – sie sind nur etwas anders zugeordnet.

Troisdorf Frühjahr 2009 Autoren und Verlag

Quellenverzeichnis

Den nachfolgend aufgeführten Firmen danken wir für die Zusendung von Informationsmaterial, Fotos und für fachliche Beratung:

GFC Antriebssysteme GmbH, Dresden, (S 83, 90)KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH, Wasbek, (S. 25)Merkle Schweißanlagen-Technik GmbH, Kötz, (S. 19)Schaeffl er KG (FAG), Herzogenaurach, (S. 83, 96)TANDLER Zahnrad- und Getriebefabrik GmbH & Co. KG, Bremen, (S. 33, 41, 49, 83, 84, 86)Wippermann jr. GmbH, Hagen, (S. 7)

Page 3: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

© Bildungsverlag EINS GmbH 3

Inhaltsverzeichnis

Lernfeld 10

1 Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1 Riementrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 A Arten der Drehmoment-Übertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 B Kraftschlüssige Riementriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 C Vorteile und Nachteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2 Kettentrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 A Anwendung von Kettentrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 B Aufbau eines Kettentriebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 C Ketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 D Vor- und Nachteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3 Zahnradtrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 A Zahnradtrieb und Riementrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 B Zahnräder und Zahnradtriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 C Stirnräder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 D Kegelradtrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 E Schraubenradtrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 F Schneckentrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 G Zahnradabmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 H Zahnformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 � Berechnungen zu Riementrieb und Zahnradtrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 � Berechnungen zu Zahnrädern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 � Berechnungen zum Drehmoment an Zahnrädern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 A Aufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 B Einteilung der Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 C Starre Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 D Bewegliche Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 E Klauen- und Zahnkupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 F Reibungskupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 G Sicherheitskupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3 Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.1 Schutzgasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 A Grundsätzliches zum Schutzgasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 B MIG- und MAG-Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 C WIG-Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 D Wolfram-Plasmaschweißen (WP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 E Schweißnahtformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 F Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 � Berechnungen zum Schutzgasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2 Pressschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 A Pressschweißen – Schmelzschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 B Abbrennstumpfschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 C Reibschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4 Sicherheitseinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 A Sicherheitseinrichtungen an Maschinen zum Schutz des Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 B Sicherheitseinrichtungen an Maschinen zum Schutz der Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5 Elektromagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 A Generatorprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 B Spannungserzeugung in einem Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 C Motorprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 D Leistungsberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Lernfeld 11

Überwachen der Produkt- und Prozessqualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1 Qualitätsmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 A Arbeitsbereiche des Qualitätsmanagements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 B Qualitätsnormen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 C Qualitätsgrundsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2 Untersuchen der Maschinenfähigkeit – Projekt Tellerrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 A Aufgaben zum Projekt Tellerrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 B Durchführung der Maschinenfähigkeitsuntersuchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 C Wahrscheinlichkeitsnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 D Histogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 E Bewertung der Maschinenfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Page 4: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

4 © Bildungsverlag EINS GmbH

3 Statistische Prozessregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 A Qualitätsregelkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 B Prozessverläufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 C Untersuchen der Prozessfähigkeit – Projekt Ritzel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 D Ursache-Wirkungs-Diagramm (Ishikawa-Diagramm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 E Aufgaben zum Projekt Ritzel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 F Durchführung der Prozessfähigkeitsuntersuchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 G Mittelwertkarte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 H Spannweitenkarte (R-Karte) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 I Ermittlung der Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 J Bewertung von Prozessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 K Interpretieren einer Qualitätsregelkarte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Lernfeld 12

1 Statistische Fehlerauswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 A Reklamationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 B Paretodiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 C Ideenmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

2 Werkstoffprüfverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 A Härteprüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 B Ziele und Einteilung der Prüfverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 C Mechanische Prüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 D Zugversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 E Kerbschlagbiegeversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 F Zerstörungsfreie Prüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 � Berechnungen zum Zugversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Lernfeld 13

1 Lernsituation: Hydraulik 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 A Komponenten einer Hydraulikanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 B Hydropumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 C Hydrozylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 D Druckventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 E Wegeventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Planung – Ausführung – Kontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

2 Lernsituation: Hydraulik 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 A Hydromotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 B Stromventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Planung – Ausführung – Kontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3 Hydraulik 3 (Ergänzungen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 A Sperrventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 B Proportionalventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 C Hydrospeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 D Differenzialschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 E Leistungsberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4 Lernsituation: Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 A Arbeitsweise einer SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 B Einfache Verknüpfungssteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 C Ablaufsteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 D GRAFCET (DIN EN 60848) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 E Realisierung der Ablaufsteuerung mit einer SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Planung – Ausführung – Kontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Lernfeld 14/15

Projekte zur Abschlussprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 831 Projekt Spiralkegelgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842 Projekt Stirnrad-Schneckengetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903 Projekt Schnecken-Planetengetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Page 5: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

12 © Bildungsverlag EINS GmbH

Berechnungen zu Riementrieb und Zahnradtrieb

Beim Riementrieb haben die beiden Riemenscheiben dieselbe Umfangsgeschwindigkeit. Beim Zahnradtrieb haben beide Zahnräder am Teilkreis ebenfalls dieselbe Umfangsgeschwindigkeit.

Daraus folgen symmetrische Formeln für den Riemen- und Zahnradtrieb:

Riementrieb Zahnradtrieb

Die Formeln für das Übersetzungsverhältnis i lauten:

oder oder

(Diese und weitere Formeln s. auch Tab.buch.)

� Der Motor treibt den Kegelscheibentrieb mit 1000 1

min an. Berechnen Sie

a) den „wirksamen“ Durchmesser der getriebenen Welle, wenn diese

600 1

min machen soll,

b) das Übersetzungsverhältnis, c) die Riemengeschwindigkeit.

� Das treibende Rad eines Zahnradtriebs hat 24 Zähne, das getriebene Rad hat 64 Zähne und macht 75 Umdrehungen pro Minute. Berechnen Sie

a) die Drehzahl des treibenden Rads, b) das Übersetzungsverhältnis.

GetriebeLernfeld 10 1.3.5

d1 · n1 = d2 · n2 z1 · n1 = z2 · n2

i =

n1n2

i =

d2d1

i =

n1n2

i =

z2z1

Page 6: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

28 © Bildungsverlag EINS GmbH

ElektromagnetismusLernfeld 10 5.2

� Was versteht man unter Drei-Phasen-Wechselstrom?

Wird von den drei Spulen jeweils ein Anschluss zum gemeinsamen Neutralleiter zusammengeführt, so ergibt sich zusammen mit den drei Außenleitern unser sog. Vierleiternetz.

� Wie werden grundsätzlich alle Geräte für Wechselstrom im Vierleiternetz angeschlossen?

� Beschreiben Sie den besonderen Vorteil, den das Vierleiternetz für den Aufbau und Betrieb von Motoren hat und erklären Sie die verschiedenen Anschlussmöglichkeiten.

C Motorprinzip

Eine stromdurchfl ossene Spule erzeugt ein Magnetfeld. Wird dieses durch einen Eisenkern verstärkt, so entsteht ein Elektromagnet.

� Zeichnen Sie die Magnetpole des Ankers richtig ein und erklären Sie die Funktion des geteilten Schleifrings.

Ordnen Sie mit Strichen die Be-zeichnungen den Teilen zu.

Gleichstrommotor

Page 7: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

© Bildungsverlag EINS GmbH 39

3 Statistische Prozessregelung

A Qualitätsregelkarten

Qualitätsregelkarten wurden für die Kontrolle in der industriellen Fertigung entwickelt. Dabei geht es darum, Werk-stücke einer Stichprobe zu unterziehen. Die Daten werden in eine Qualitätsregelkarte eingetragen und ausgewertet. Dabei kann man erkennen, ob der Produktionsprozess noch stabil ist. Sollte er nicht stabil sein, müssen sofortige Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, um Ausschussteile zu vermeiden und die Produktivität zu steigern.

� Übersetzen Sie die Abkürzungen in einer Qualitätsregelkarte.

� Wodurch ist der obere und der untere Grenzwert bei einem tolerierten Maß gegeben?

Die obere und die untere Eingriffsgrenze liegen bei einer statistischen Sicherheit von 99,73 %, was einer Abwei-chung von ± 3 σ entspricht. Sie kann mit folgenden Formeln berechnet werden:

Bei der Mittelwertkarte (s. S. 43):

OEG = x= + A2 · –R

UEG = x= + A2 · –R

Bei der Spannweitenkarte (R-Karte; s. S. 43):

OEG = D4 · –R

UEG = D3 · –R

Die obere und die untere Warngrenze kann ebenfalls berechnet werden. Sie grenzt den Streubereich von 95,45 % ab (entspricht ± 2 σ). Häufi g wird auf die Warngrenzen ganz verzichtet.

Statistische ProzessregelungLernfeld 11 3.1

Tabellenwerte

Anzahl der Messwerte pro Stichprobe

A2 D3 D4 d2

3 1,023 0 2,574 1,693

5 0,577 0 2,114 2,326

7 0,419 0,076 1,924 2,704

Page 8: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

Statistische FehlerauswertungLernfeld 12 1.1

© Bildungsverlag EINS GmbH 49

1 Statistische Fehlerauswertung

A Reklamationen

� Nennen Sie Gründe, die in der Regel zu einer Ablehnung der Gewährleistung führen:

Bei Verschleiß vonBauteilen:

Bei Ölaustritt:

� Reklamationen und Fehler mit Gewährleistung werden einer Fehlermöglichkeitsanalyse unterzogen. Das Ziel ist Qualitätsverbesserung und Reduzierung von Fehlern. Die Analyse erfolgt mit grafi schen Werkzeugen: Histogramm (vgl. S. 37), Ursache-Wirkungs-Diagramm (Ishikawa-Diagramm; vgl. S. 41) oder Paretodiagramm (vgl. S. 50).

Berechnen Sie für die Reklamationen mit Gewährleistung beim Spiralkegelgetriebe die relative Häufi gkeit in % und die Gesamtkosten.

Fehlerart Anzahl

Relative

Häufi gkeit in %

Kosten

pro Fehler in €Gesamt-

kosten in €

Auslieferung falsch 3 145.-

Bruch eines Zahns am Ritzel (Pos. 16) 2 312.-

Ölverlust am RWDR (Pos. 58) 12 93.-

Vorzeitiger Verschleiß Kugellager (Pos. 45) 5 262.-

Schrauben locker 7 57.-

Sonstiges 6 45.-

Summe

Problemstellung:

Trotz sorgfältiger Planung und Überwachung des Fertigungsprozesses mit QM-Systemen gibt es in der Praxis keine konstanten Qualitätsergebnisse. Ursache dafür sind am Fertigungsprozess beteiligte Einfl üsse.

Für das abgebildete Spiralkegelgetriebe (siehe auch S. 84) sind folgende Reklamationen eingegangen:

Reklamationen mit Gewährleistung:

– Getriebe mit falscher Übersetzung ausgeliefert – Bruch eines Zahns am Ritzel (Pos.16)– Ölverlust am Radialwellendichtring (Pos. 58)– Vorzeitiger Verschleiß der Kugellager (Pos. 45)– Schrauben locker– Sonstiges

Page 9: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

Lernsituation: Hydraulik 1Lernfeld 13 1.1

60 © Bildungsverlag EINS GmbH

Informieren/orientieren Sie sich, indem Sie ...• die einzelnen Bauteile bestimmen und deren Funktionsweise kennenlernen,• die Funktionsweise eines Hydraulikaggregats klären,• den Zusammenhang zwischen Druck und Kolbenkraft herausfi nden,• ermitteln, wovon die Kolbengeschwindigkeit abhängt,• Pumpenkennlinien vergleichen,• die Bedienungsanleitung der Anlage lesen,• Sicherheitsbestimmungen der Anlage nachlesen,• sich mit den vorhandenen Messgeräten vertraut machen.

Planen/entscheiden Sie, indem Sie ...• Kriterien festlegen, mit denen beurteilt werden kann, ob die beschriebenen Leistungen erfüllt werden,• die Messungen beschreiben,• festlegen, welche Berechnungen durchzuführen sind,• sich ggf. in die Belegungsliste für die Anlage eintragen.

Führen Sie aus, indem Sie ...• einen normgerechten Schaltplan zeichnen,• die erforderlichen Messgeräte anschließen,• die Anlage in Betrieb nehmen,• den Pumpenförderstrom bei verschiedenen Drücken messen,• die Pumpenkennlinie zeichnen,• die zu erwartende Kolbengeschwindigkeit berechnen,• die mittlere Kolbengeschwindigkeit messen,• den notwendigen Druck berechnen,• den erforderlichen Druck messen,• den Wirkungsgrad des Hydrozylinders und die maximale Hubkraft berechnen.

Kontrollieren Sie, indem Sie ...• berechnete und gemessene Werte vergleichen,• mögliche Abweichungen begründen,• aus den Ergebnissen der Überprüfungen Schlüsse ziehen,• auf etwaige Mängel der Hebeeinrichtung hinweisen.

Bewerten und dokumentieren/präsentieren Sie, indem Sie ...• die gesamte Lernsituation kritisch überdenken,• organisatorische Verbesserungen suchen,• geeignete Medien auswählen und einen Vortrag ausarbeiten.

Information

Hydraulische Hebeeinrichtung

Leistungsbeschreibung:

Die Hebeeinrichtung arbeitet mit einem doppelt wirkenden Zylinder (16/10/400). Sie kann Lasten bis maximal 10 kg mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min heben. Die Hydropumpe hat ein Verdrängungsvolumen von 2,8 cm3. Sie wird von einem Elektromotor mit 1 420 1/min angetrie-ben.Das Hydraulikaggregat liefert einen konstanten Volumen-strom von 4 l/min. Der eingestellte Arbeitsdruck beträgt 40 bar.

Die Daten entsprechen einer bestimmten Anlage. Sollten Sie an Ihrer Schule über eine andere hydraulische Anlage verfügen, können Sie die oben angegebenen Daten anpassen.

Nehmen Sie die hydraulische Hebeeinrichtung (s. Zeichnung unten) in Betrieb und überprü-fen Sie die beschriebenen Leistungsmerkmale und die Betriebssicherheit der Anlage.

Page 10: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

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Lernsituation: Hydraulik 2Lernfeld 13 2.1

Informieren/orientieren Sie sich, indem Sie ...• sich über die Bauart und Funktionsweise von Hydromotoren erkundigen,• den Zusammenhang zwischen Volumenstrom und Drehzahl ermitteln,• sich mit Stromventilen vertraut machen,• die Bedeutung der Volumenstomaufteilung herausstellen,• den Zusammenhang zwischen Druckdifferenz am Drosselventil und Volumenstrom herausfi nden,• sich mit den Messgeräten vertraut machen.

Planen/entscheiden Sie, indem Sie ...• eine Möglichkeit suchen, veränderbare Belastungen des Hydromotors zu simulieren,• einen Versuchsaufbau entwerfen, mit dem Sie die erforderlichen Messungen durchführen können,• eine Möglichkeit wählen, Zusammenhänge grafi sch darzustellen,• festlegen, welche Verbesserungen in Frage kommen,• vorschlagen, wie die Wirksamkeit dieser Verbesserung bestätigt werden kann,• sich ggf. in die Belegungsliste für die Anlage eintragen.

Führen Sie aus, indem Sie ...• einen normgerechten Schaltplan zeichnen,• die Anlage in Betrieb nehmen,• die vorgegebenen Einstellungen vornehmen,• die Messungen durchführen,• die Drosselkennlinie ermitteln,• die Verbesserung vornehmen,• die Verbesserung durch eine Kennlinie untersuchen,• die Änderung im Schaltplan vornehmen.

Kontrollieren Sie, indem Sie ...• die Kennlinien vergleichen,• die Eignung der Anlagenänderungen beurteilen,• Ihre Ergebnisse mit den Ergebnissen anderer Gruppen vergleichen.

Bewerten und dokumentieren/präsentieren Sie, indem Sie ...• die gesamte Lernsituation kritisch überdenken,• geeignete Medien auswählen und einen Vortrag ausarbeiten.

Information

Arbeitsdruck: 40 bar Schluckvolumen: 8,7 cm3

Förderstrom: 4,0 l/min Soll-Drehzahl: 250 1/min

A Hydromotoren

� a) Vergleichen Sie Hydromotoren und Hydropumpen hinsichtlich ihres Aufbaus. b) Was versteht man unter dem sog. Schluckvolumen eines Hydromotors? c) Erklären Sie das dargestellte Symbol.

a)

b)

c)

Bei einem Hydromotor wird mit einer Drossel die Drehzahl gesteuert. Bei wechselnder Be-lastung zeigen sich starke Drehzahlschwankungen. Ermitteln Sie die Ursache für die Dreh-zahlschwankungen, entscheiden Sie sich für eine Verbesserung und zeigen Sie deren Wirk-samkeit.

Page 11: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

© Bildungsverlag EINS GmbH 69

Lernsituation: Hydraulik 2Lernfeld 13 2.3

Planung

� Zeichnen Sie vor den Hydromotor ein Druckbegren-zungsventil zum Simulieren der Last ein.

� Der Hydromotor hat ein Schluckvolumen von 8,7 cm3. Er soll mit einer Drehzahl von 250 1/min laufen.

Berechnen Sie den erforderlichen Volumenstrom.

Durchführung

� Nehmen Sie die Anlage in Betrieb und stellen Sie bei geschlossenem Drosselventil den Arbeitsdruck 40 bar ein. Entlasten Sie das Druckbegrenzungsventil zur Lastsimulierung und stellen Sie mit der Drossel den passenden Vo-

lumenstrom für eine Drehzahl von 250 1/min ein.

Erhöhen Sie schrittweise die Belastung des Hydromotors, indem Sie mit dem DBV die jeweiligen Drücke pe2 ein-stellen. Messen Sie jeweils den Volumenstrom bzw. die Drehzahl des Hydromotors und berechnen Sie die fehlenden Werte. Stellen Sie die Ergebnisse im Diagramm grafi sch dar.

pe2 pe1 �p Q n

10 bar

15 bar

20 bar

25 bar

30 bar

35 bar

40 bar

� Beschreiben Sie den gefundenen Zusammenhang zwischen Druckdifferenz an der Drossel und Volumenstrom (bei gleichbleibender Drosseleinstellung), indem Sie eine Gesetzmäßigkeit formulieren.

� Wie wirkt sich eine höhere Belastung des Hydromotors auf die Druckdifferenz, den Volumenstrom und seine Dreh-zahl aus?

Page 12: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

70 © Bildungsverlag EINS GmbH

Verbesserungsvorschlag:

Tauschen Sie das Drosselventil gegen ein Stromregelventil aus und ergänzen Sie den Schaltplan.

Führen Sie die gleichen Einstellungen und Mes-sungen wie beim Drosselventil durch.

pe2 pe1 �p Q n

10 bar

15 bar

20 bar

25 bar

30 bar

35 bar

40 bar

Beschreiben Sie den gefundenen Zusammenhang zwischen Druckdifferenz am Stromregelventil und dem Volu-menstrom.

Kontrolle

Vergleichen Sie die beiden Kennlinien und beurteilen Sie die Eignung des Stromregelventils.

Lernsituation: Hydraulik 2Lernfeld 13 2.4

Page 13: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

© Bildungsverlag EINS GmbH 77

Lernsituation: Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)Lernfeld 13 4.4

C Ablaufsteuerungen

Welche allgemeinen Merkmale kennzeichnen eine Ablaufsteuerung (Schrittkette)?

D GRAFCET (DIN EN 60848)

In einem GRAFCET werden Steuerfunktionen mit Schritten und Weiterschaltbedingungen (Transitionen) dargestellt. An jeden Schritt können beliebig viele Aktionen angeschlossen werden. Es gibt auch verzweigte Abläufe. Der GRAFCET ist technologieunabhängig, d. h. die Realisierung kann z. B. pneumatisch, elektohydraulisch oder durch eine SPS erfolgen.

Technologieschema Pneumatikplan

a) Ergänzen Sie den folgenden GRAFCET durch kurze Kommentare. b) Erklären Sie die Übergangsbedingung (Transition) von Schritt 0 auf Schritt 1 . c) Beschreiben Sie den Unterschied der Aktion bei Schritt 1 und der Aktion bei Schritt 2.

GRAFCET a) „Kommentar“

b)

c)

Page 14: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

@ Bildungsverlag EINS 83

Projekt 3

Schnecken-Planetengetriebe

Projekt 2

Stirnrad-Schneckengetriebe

Projekte zur Abschlussprüfung Teil 2Lernfeld 14/15 1.1

Projekt 1

Spiralkegelgetriebe

3 9 10

1

19

18

12

20, 21

22

13

17

4

25

5

6

16

7

1424

15

11

23

2

8

Page 15: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

96 @ Bildungsverlag EINS

Projekt Schnecken-PlanetengetriebeLernfeld 14/15 3.1

3 9 10

1

19

18

12

20, 21

22

13

17

4

25

5

6

16

7

1424

15

11

23

2

8

Page 16: Industriemechanik Lernfelder 10 bis 15

@ Bildungsverlag EINS 97

Projekt Schnecken-PlanetengetriebeLernfeld 14/15 3.2

Stück Benennung Normblatt Werkstoff Pos.-Nr. Bemerkung

1 Gehäuse Unterteil EN-GJL 220 1

1 Gehäuse Oberteil EN-GJL 220 2

1 Sonnenradwelle 16 Mn Cr 5 3

1 Schneckenradträger 45 S 20 4

1 Schnecke 16 Mn Cr 5 5

1 Schneckenrad GD - Cu Sn 14 6

1 Abtriebswelle 34 Cr 4 7

3 Planetenrad 16 Mn Cr 5 8

1 Hohlrad 34 Cr 4 9

3 Planetenradwelle 34 Cr 4 10

1 Lagerdeckel offen EN-GJL 220 11

1 Lagerdeckel geschlossen EN-GJL 220 12

1 Spannstück 45 S 20 K 13

1 Scheibe 45 S 20 14

1 (s. Aufgabe 5) 3211B DIN 628 15

1 (s. Aufgabe 5) RNAO 22 x 35 x 16 DIN 617 16

3 (s. Aufgabe 5 K 22 x 29 x 16 DIN 5405 17

1 (s. Aufgabe 5) 6211 DIN 625 18

1 (s. Aufgabe 5) NUP 206 E DIN 5412 19

1 Nutmutter KM 6 DIN 981 20

1 Sicherungsblech MB 6 DIN 5406 21

1 Passfeder A - 8 x 7 x 45 DIN 6885 E 335 22

2 Zylinderstift 8 x 55 - A ISO 8734 St 23

1 Sicherungsring 55 x 2 DIN 471 24

6 Zylinderschraube M6 x 16 DIN 7984 8.8 25

1 Ölstandsauge 26

� Nennen Sie vier weitere Grundformen von Zahnradgetrieben und geben Sie an, wie ihre Wellen zueinander ange-ordnet sind.

Schneckengetriebe --- die Wellen kreuzen sich

� Geben Sie unter Angabe von Benennung und Pos.-Nummer den Kraftfl uss durch das Getriebe an. Beginnen Sie mit der Schnecke (Pos. 5).