Thema: Drehvorrichtung für Statorpakete download/fs_technik... · Projektarbeit Thema: Drehvorrichtung für Statorpakete eingereicht von Kirill Schumkov Stefan Thiem Rehhofstr.12

Fachschule für Wirtschaft und Technik

Fachrichtung Maschinenbau

Projektarbeit

Thema:

Drehvorrichtung für Statorpakete

eingereicht von Kirill Schumkov Stefan Thiem Rehhofstr.12 Birkensteingasse 16 90482 Nürnberg 91220 Schnaittach

Klasse MAV4a Abgabetermin am 20.04.2012

Betreuer

Dipl. Ing. Volker Steinbauer

Projektpartner

BEN Buchele Elektromotorenwerke GmbH Nürnberg

I

Inhaltsverzeichnis 1 Vorwort ............................................................................................................................ 1

2 Aufgabenstellung ............................................................................................................. 2

3 Kurzdarstellung ................................................................................................................ 3

4 Stückliste .......................................................................................................................... 4

5 Anforderungsliste ............................................................................................................ 5

6 Zeitplan ............................................................................................................................ 6

6.1Voraussichtlicher Zeitplan ......................................................................................... 6

6.2 Tatsächlicher Zeitplan ............................................................................................... 6

7 Vorbereitung .................................................................................................................... 7

8 Umsetzung ....................................................................................................................... 8

8.1 Erster Entwurf ........................................................................................................... 8

8.2 Verbesserungen ........................................................................................................ 9

8.3 Zweiter Entwurf ........................................................................................................ 9

8.4 Verbesserungen des zweiten Entwurfs .................................................................. 10

9 Fazit ................................................................................................................................ 14

10 Anhang ......................................................................................................................... 15

10.1 Skizze: Ermittlung der eingreifenden Kräfte unter dem Winkel α ....................... 15

10.1.1 Ermittlung der eingreifenden Kräfte unter dem Winkel α ............................ 16

10.2 Skizze: Berechnung der Aufnahme ....................................................................... 17

10.2.1 Skizze: Schnitt x1‐x1, Scherung Hohlprofil ...................................................... 18

10.2.3 Skizze: Schnitt x2‐x2, Biegung ......................................................................... 19

10.2.4 Berechnung der Aufnahme ............................................................................ 20

10.3 Skizze: Berechnung des Bolzens auf Biegung ....................................................... 22

10.3.1 Berechnung des Bolzens auf Biegung ............................................................ 23

10.4 Skizze: Ermittlung der Kraft auf den Steckbolzen ................................................ 24

10.4.1 Skizze: Berechnung des Steckbolzens auf Biegung ........................................ 25

10.4.2 Berechnung des Steckbolzens ....................................................................... 26

10.5 Skizze: Berechnung der Schweißnähte ................................................................. 27

10.5.1 Skizze: Berechnung der Schweißnähte, Schnitt A‐A ...................................... 28

10.5.2 Berechnungen der Schweißnähte.................................................................. 29

10.6 Skizze: Bestimmung der Schrauben (Bestimmung FB) .......................................... 34

10.6.1 Skizze: Bestimmung der Schrauben (Bestimmung FVM) ................................. 35

10.6.2 Bestimmung der Schrauben .......................................................................... 36

10.7 Hubwagen ............................................................................................................. 39

II

10.8 Firmenkontakte .................................................................................................... 40

Literaturverzeichnis .......................................................................................................... 41

Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“

Kirill Schumkov/ Stefan Thiem

III

Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Drehvorrichtung ........................................................................................... 3

Abbildung 2: Erster Entwurf .............................................................................................. 8

Abbildung 3: Zweiter Entwurf ............................................................................................ 9

Abbildung 4: Fertige Konstruktion der Vorrichtung ........................................................ 11

Abbildung 5: Vorhandene Bauteile .................................................................................. 12

Abbildung 6: Drehplatte mit Führungen ........................................................................... 12

Abbildung 7: Platten mit Vorbau ...................................................................................... 13

Abbildung 8: Fertiges Produkt .......................................................................................... 13

Abbildung 9: Kraftermittlung ........................................................................................... 15

Abbildung 10: Aufnahme ................................................................................................. 17

Abbildung 11: Schnitt x1-x1 .............................................................................................. 18

Abbildung 12: Schnitt x2-x2 .............................................................................................. 19

Abbildung 13: Bolzen ....................................................................................................... 22

Abbildung 14: Ansicht Drehplatte .................................................................................... 24

Abbildung 15: Ansicht Steckbolzen ................................................................................. 25

Abbildung 16: Aufnahme mit Schweißnaht ..................................................................... 27

Abbildung 17: Schnitt A-A ............................................................................................... 28

Abbildung 18: Aufnahme mit Schrauben ......................................................................... 34

Abbildung 19: Schnitt Darstellung Schieber .................................................................... 35

Alle Abbildungen sind eigene Darstellungen.



1

1 Vorwort

Im Rahmen der Ausbildung zum staatlich geprüften Maschinenbautechniker an

der Grundig Akademie Nürnberg gab es die Gelegenheit, das Wahlfach

Projektarbeit für das dritte und vierte Semester zu belegen. Eine solche Arbeit

besteht im Wesentlichen aus dem Lösen maschinenbautechnischer

Problemstellungen, Aufstellung von Lösungsansätzen und Ausarbeitung einer

Dokumentation mit anschließender Präsentation. Das verlangt

fächerübergreifendes Wissen und praktische Fähigkeiten. Nach Möglichkeit

bezieht man zivile Betriebe als Projektpartner mit ein. Als Teilnehmer arbeitet

man in einem Team an praktischen Aufgabenstellungen und trainiert

praxisrelevante Fertigkeiten. Dabei tritt man in den ersten Kontakt mit den

Betrieben. Das motivierte und bewegte uns zu unserer Entscheidung. Wir, Kirill

Schumkov und Stefan Thiem, entschieden uns für dieses Fach.

Durch ein zufälliges Gespräch mit dem Betriebsleiter der Firma BEN Buchele

Elektromotorenwerke GmbH Nürnberg, im Folgenden Firma BEN, bekamen wir

das Thema für die Projektarbeit. Die Firma beschäftigt sich mit dem Herstellen

von Sonderelektromotoren aus Grauguss in kleinen bis mittleren Stückzahlen. In

dem benannten Betrieb wird eine Prozessoptimierung durch verbesserte Technik

und Arbeitsmethode angestrebt. Dabei werden neue Arbeitsgeräte benötigt.

Nach einem erneuten Gespräch mit Herrn Richard Kiesl, bei dem eine detailierte

Beschreibung mit Zielsetzung erfolgte, mussten wir noch die Freigabe von der

Schule durch unseren Betreuer Herrn Volker Steinbauer einholen. Nach der

Besprechung konnten wir das Thema „Drehvorrichtung für Statorpakete" (von

Elektromotoren) offiziell annehmen und mit der Planung und dem Erstellen eines

Lastenheftes anfangen.

Mit der Konstruktion der Vorrichtung konnten wir schon in den Sommerferien

beginnen. Die Finanzierung des Projektes wurde von der Firma BEN

übernommen. Für die Konstruktion verwendeten wir das Programm Inventor

2012. Die Tabellen stellten wir mit Hilfe von Microsoft Excel her.



2

2 Aufgabenstellung

In der Firma BEN Buchele Elektromotorenwerke GmbH Nürnberg soll die

Arbeitsmethode des Schweißens von Schutzgas auf Autogen umgestellt werden.

Damit wird der Arbeitsschritt von ca. 5 min. auf ca. 20 sec. verkürzt. Der

Schweißvorgang soll mittels eines Schweißautomaten erfolgen. Damit wird die

Freilassung von giftigen Gasen vermieden.

Um die geplante Umstellung durchführen zu können soll eine Drehvorrichtung

mit Aufnahme für Statorpakete konstruiert werden. Anschließend wird die

Konstruktion im Auftrag gefertigt und in der Firma praktisch eingesetzt.

Mit der Vorrichtung soll gleichzeitig eine Arbeitserleichterung für die Mitarbeiter

erreicht werden.

Derzeit wird im Unternehmen mit einem Kran gearbeitet. Für jeden

Schweißvorgang wird die Position des Paketes gewechselt. Dazu wird das

Statorpaket mit dem Kran angehoben und gedreht. Mit der Drehvorrichtung, die

an einem Hubwagen befestigt werden soll, wird der Zusatzaufwand vom Heben

und Ablassen, an dem Kran Fixieren und wieder Lösen vermieden. Das

Statorpaket wird im ersten Arbeitsschritt auf der Vorrichtung platziert und kann

geschweißt werden. Die Drehung kann dann ohne den Kran durchgeführt werden.

Somit wird die Produktivität der Arbeiter erhöht.



3

3 Kurzdarstellung

Abbildung 1: Drehvorrichtung

1 2

4

9

7

15

13



4

4 Stückliste

Pos. Nr. Anzahl Bezeichnung Material/Sonstiges

1 1 Grundplatte*** Kunststoff: Orginal Werkstoff

"S"®natur 2 1 Drehplatte*** S235JR 3 1 Welle*** C45 4 8 Führungsleiste*** S355J2 5 2 Schieber rechts*** S235JR 6 2 Schieber links*** S235JR 7 2 Schweißplatte rechts*** S235JR 8 2 Schweißplatte links*** S235JR

9 4 Hohlprofil DIN EN 10210

60 x 60 x 6,3 l=157* S235JRH 10 4 Bolzen*** C45 11 8 Steckbolzen*** C45

12 1 LMZ Zylinderbuchse

d50 D60 l=20** CuZn25Al5 13 4 Aluminiumrad**** Bes. Nr.: 95058-10040

14 24 Federndes Druckstück**** Stahlausführung brüniert / Bes.

Nr.: 03031-208

15 1 Arretierbolzen**** Stahlausführung / Bes. Nr.:

03093-2206

16 6 Zylinderschraube DIN 7984 -

M6 x 14 - 8.8 Stahl / Produktklasse A

17 4 Zylinderschraube ISO 4762 -


18 24 Zylinderschraube ISO 4762 -


19 8 Zylinderschraube DIN 4762 -


20 16 Zylinderstift ISO 8734 - 6 x 40 Typ B einsatzgehärtet,

Toleranzklasse: m6


Toleranzklasse: m6


Toleranzklasse: m6

23 4 Sechskantmutter

ISO 4032 - M10 - 8 Produktklasse A 24 4 Spannscheibe DIN 6796-10-FSt 25 8 Scheibe ISO 7090-10-200 HV Stahl 26 4 Sicherungsring DIN 471 - 15 x 1

*Fertigmaß

**Sonderanfertigung ***Maße sind aus Zeichnungsableitungen zu entnehmen ****Maße sind durch Bes. Nr.: festgelegt



5

5 Anforderungsliste Drehvorrichtung für Statorpakete

Stand 22.09.11

FF - Festforderung MF - Mindestforderung W - Wunsch

Hauptmerkmal Art Beschreibung Bemerkung

1. Geometrie FF BxL 510x300 Hinweis Hubwagen

2. Größen FF BG Ø Lmin Lmax Zylinderform der Statorpaketen 180 270 160 400 BG - Baugröße

200 300 200 400 225 340 200 400 250 375 225 400 280 420 260 400 315 475 260 550

3. Kinematik FF Drehung in Axiale Richtung FF Rotation des Bauteils um

eigene Achse

4. Statik FF Statorgewicht max.=550kg MF Eigengewicht der Kon. ≤350kg

5. Dynamik FF Zykluszeit Ø 5 min FF Bewegungskraft F≤50N

6. Ergonomie FF Bedienung mechanisch

7. Montage W einfache Montage

8. Wartung, MF Wartungsarm Gebrauch W Leichte Handhabung

MF Lebensdauer ≥30.000 h

9. Einsatzort FF Werkshalle beheizt

10. Kosten MF 450 €

11. Termin MF Einsatz ab 12.11

6 Z

6.1V

Them

Plan

Bere

Kons

Doku

Präs

Es k

6.2

Them

Plan

Bere

Kons

Doku

Präs

Zeitplan

Voraussich

menfindung

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echnungen

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sentation

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Feb Mär

Apr Mai

en.

Apr Mai



7

7 Vorbereitung

Basis für eine Planung der Konstruktion stellt ein Lastenheft dar. Um es erstellen

zu können, vereinbarten wir einen Termin mit dem Betriebsleiter der Firma BEN,

Herrn Kiesl. Zusammen haben wir alle Einzelheiten besprochen, die für unser

Projekt ausschlaggebend sind. Der Termin für die Inbetriebnahme erfolgt ab

Dezember 2011. Das System soll komplett aus Baustahl gebaut werden. Wir

einigten uns darauf, in regelmäßigen Abständen die Fortschritte aufzuzeigen.

Nach dem Treffen mit dem Betriebsleiter hatten wir die nötigen Informationen für

die Erstellung der Anforderungsliste. Für die Erstellung des Zeitplanes wurden die

Projektphasen definiert und in einer Tabelle (siehe voraussichtlichen Zeitplan) zur

besseren Übersichtlichkeit graphisch dargestellt.

Folgende Hilfsmittel für die Berechnungen wurden festgelegt: Fachbücher

Roloff/Matek Maschinenelemente und Technische Mechanik aus dem Unterricht.

Durch Recherchen im Internet ließen sich Halbzeug- und Normteilhersteller

finden.

Anschließend vereinbarten wir, dass sich jeder über mögliche Lösungswege

Gedanken macht und Skizzen erstellt (Brainwriting). Bei der Gegenüberstellung

der einzelnen Varianten wurden die Schwachstellen aufgedeckt. Daraus suchten

wir die bestmögliche Ausführung, die für die weitere Ausarbeitung des Entwurfes

dienen soll. Damit konnten wir zur nächsten Phase übergehen und mit der

Konstruktion in Inventor 2012 beginnen.

Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“ Kirill Schumkov

8

8 Umsetzung

8.1 Erster Entwurf

„Der eigentliche Konstruktionsprozess beginnt mit dem Konzipieren und führt

über das Lösungs-

konzept und den

Gesamtentwurf bis

zur Erstellung der

Produktdokumen-

tation.“1 Im ersten

Schritt der Umset-

zung wird der erste

Entwurf aus der

Skizze mit Hilfe

des Konstruktions-

programms „In-

ventor“ gezeichnet.

Danach erfolgt die Analyse der Zeichnung, bei der sich folgende Mängel zeigen:

Die Verstellmöglichkeit der Aufnahmen ist nur für die Größe des Statorpa-

ketes umsetzbar und nicht für die Länge. Das entspricht nicht den

Forderungen.

Die Gestaltung der Aufnahmen ist nicht für die Biegemomente geeignet.

Die Drehplatte in der Stellung des größten Paketes wird durch die Platzie-

rung auf dem Axiallager und dem vorhandenen Abstand zur Grundplatte

auf Biegung besonders belastet.

Die Lagerart (Axiallager) ist für die Funktion nicht besonders gut

geeignet.

die Befestigung der Führungsschienen ist nicht optimal für die Belastung

durch die Aufnahmen ausgelegt.

Die Arretierung für die Aufnahmen ist nicht vorhanden.

Arretierung der Drehplatte fehlt.

1 Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek. Roloff/Matek Maschinenelemente. Wiesbaden: Verlag Vieweg+Teubner, 2009, Auflage 19,S 9

Abbildung 2: Erster Entwurf

Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“ Kirill Schumkov

9

Diese Mängel sollen beim weiteren Ausarbeiten beseitigt werden. Die

Problematik der Aufnahmen liegt in der gleichzeitigen Verstellung für die Länge

und den Durchmesser der Statorpakete. Die Aufnahmen sind aus Vollmaterial und

zeigen Schwachstellen bezüglich des Biegemomentes und in dem gefährdeten

Querschnitt auf. Durch die Lagerung der Drehplatte auf einem Axiallager und

dem vorhandenen Abstand wird sie auf Biegung über die Mittellinie belastet. Die

Führungsschienen sollen besser fixiert werden. Für die erwähnten Mängel sollen

die geeigneten Lösungen gefunden und die Zeichnung überarbeitet werden.

8.2 Verbesserungen

Als erstes lösen wir die Probleme der Funktion. Dazu wird die Möglichkeit der

Verstellung überlegt. Um eine gleichzeitige Änderung der Länge und des

Durchmessers zu ermöglichen, sollen die Aufnahmen in eine schräge Position

gebracht werden. Aus Konstruktionsgründen fällt die Entscheidung für die

Aufnahmen ein rundes Profil zu benutzen. Durch den Einsatz eines Kranzlagers

statt des Axiallagers kann der Abstand zur Grundplatte und somit das

Kippmoment reduziert werden. Der größere Durchmesser des Lagers ermöglicht

geringere Biegemomente. Die Arretierung der Aufnahme erfolgt mit Hilfe eines

Bolzens durch die vorgesehenen Bohrungen im Schieber und der Grundplatte.

Das Fixieren der Drehplatte bleibt im zweiten Entwurf unberücksichtigt.

Als nächster Schritt erfolgt die Umsetzung der Verbesserungen in "Inventor".

8.3 Zweiter Entwurf

Nach den durchgeführten

Änderungen im Entwurf

findet eine Rücksprache

mit der Firma statt. Im

Gespräch erfolgt erneut

eine Analyse über noch

vorhandene Mängel in der

Konstruktion.

Abbildung 3: Zweiter Entwurf

Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“ Stefan Thiem

10

Folgende Schwachpunkte sind erkennbar:

Die Positionierung der Führungsschienen soll durch einen optimalen

Winkel verbessert werden.

Nach der Berechnung halten die Aufnahmen den Biegemomenten nicht

Stand.

Lagerung der Drehplatte mit einem Kranzlager ist nicht zufriedenstellend.

Die Arretierung der Aufnahmen ist zu unsicher.

Fixierung der Drehplatte ist nicht vorhanden.

Die Rolle der Aufnahme soll als Normteil verwendet werden.

8.4 Verbesserungen des zweiten Entwurfs

Für eine optimale Krafteinleitung wird ein Winkel von 45° festgelegt. Damit ist

eine geringere Biegebelastung der einzelnen Aufnahmen gewährleistet. Unter

Berücksichtigung des Winkels und den Größen des jeweiligen Paketes werden die

Abstände für deren Position ermittelt. Es folgt die Korrektur in der Konstruktion.

Das Profil der Aufnahmen soll besser durchdacht werden. Die Hohlprofile sind

dem Vollmaterial im Bezug auf Torsion und Biegung deutlich überlegen.

Demzufolge überarbeiten wir die Profile. Die Auslegung der Hohlprofile wird

durch eine Berechnung überprüft.

Die Lagerart der Drehplatte soll auch geändert werden. Um das kleinste

Biegemoment zu realisieren, ist es am günstigsten, keinen Abstand zur

Grundplatte zu haben. Unsere Recherchen ergeben, dass die Möglichkeit besteht,

den Abstand durch den Einsatz einer Kunststoffplatte auf null zu reduzieren. Die

Eigenschaften wurden uns bei einer Nachfrage bestätigt. Der Reibungskoeffizient

ist sehr gering und erlaubt uns die Drehbewegung der oberen Platte ohne

vorhandenen Abstand. Folglich benötigt das Modell kein Lager, wodurch die

ungünstigen Abstände vermieden werden.

Die Arretierungen der Aufnahmen haben sich als zu schwach erwiesen. Durch die

Änderung der Profile ist auch eine Änderung der Schieberplatte notwendig. Die

Teile des Entwurfes werden überarbeitet und optimiert. Bei der Optimierung

entscheiden wir uns, auch die Funktion des Schiebers zu verbessern, durch den

Einsatz von Arretierungshilfen mit einer Federkugel (siehe Bilder 3 und 4).

Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“ Stefan Thiem

11

Eine freie Bewegung der Drehplatte soll durch eine Fixierung begrenzt werden.

Durch Anbringen zweier Bohrungen in der Grundplatte und eines federbelasteten

Fixierbolzens lässt sich das Problem lösen (siehe Bild 4).

Anschließend suchen wir noch eine passende Rolle aus und beginnen mit den

notwendigen Berechnungen für die ganze Konstruktion (siehe Anhang). Nach den

erforderlichen Berechnungen und Auslegungen folgt eine erneute Umsetzung der

Änderungen und einige optische Verbesserungen.

Am Ende muss noch mal

eine Überprüfung auf

Fehlfunktion und

Vollständigkeit stattfinden.

Danach vereinbarten wir

einen Termin mit Herrn

Kiesl und stellten unser

Modell vor. Im Gespräch

bekamen wir eine Freigabe

für die Anfertigung der

Zeichnungsableitungen.

Nachdem sie erstellt

wurden, konnten sie zur

Fertigung der Teile

übergeben werden. Es

wurde vereinbart, dass die Konstruktion von uns Anfang Dezember

zusammengebaut wird. Durch Probleme in der Fertigung kam es zu

Verzögerungen.

Ende Januar wurden wir informiert, dass alle für das Modell notwendigen Teile

vorhanden sind und wir können mit dem Zusammenbau beginnen. Am 20.

Februar fingen wir an. Für die Arbeiten haben wir zwei Tage gebraucht, welche

ohne Komplikationen verliefen. Am Ende führten wir einen Test mit einem der

Statorpakete durch. Unsere Konstruktion hat ihn erfolgreich bestanden.

Abbildung 4: Fertige Konstruktion der Vorrichtung



12

Abbildung 5: Vorhandene Bauteile

Abbildung 6: Drehplatte mit Führungen



13

Abbildung 7: Platten mit Vorbau

Abbildung 8: Fertiges Produkt



14

9 Fazit

Das Ziel unserer Projektarbeit war es, eine Vorrichtung zu konstruieren, um die

Arbeitsabläufe in der Spulenwicklung zu erleichtern und zu beschleunigen.

Während der Entwurfs- und Umsetzungsphase sind einige Schwierigkeiten in

Bezug auf die Funktion aufgetreten. Diese mussten von uns mehrmals

überarbeitet werden. Das größte Problem hat sich in der Lagerung der Drehplatte

gezeigt. Durch Recherchen wurde es möglich das Problem so zu lösen, dass jetzt

keine Behinderung der Funktion mehr vorhanden ist. Mit mehreren

Verbesserungen des Entwurfs konnten wir schließlich "die für uns beste

Konstruktion" finden und erfolgreich umsetzen.

Nach dem wir die Vorrichtung zusammengebaut und auf Funktion geprüft haben,

stellten wir diese dem Betriebsleiter vor. Er gab uns ein positives Feedback und

zeigte sich sehr zufrieden damit. Das Modell soll in der nahen Zukunft eingesetzt

werden. Damit werden schnellere Arbeitsabläufe erreicht und die Produktivität

gesteigert. Bei erfolgreich abgeschlossener Testphase sollen noch zwei

Vorrichtungen gebaut werden. Wir sind überzeugt davon, dass es hilft produktiver

zu arbeiten und so zum weiteren Erfolg des Unternehmens führt.

Aus unserer Sicht war das Projekt ein sehr großer Erfolg. Während der gesamten

Projektzeit haben wir ständig neue Erfahrungen gewonnen, die uns im weiteren

Leben mit Sicherheit hilfreich sein werden. Das uns gestellte Ziel wurde ebenfalls

zu 100 Prozent erfüllt.

Für die gegebene Möglichkeit, die Projektarbeit in der Firma BEN durchzuführen,

bedanken wir uns bei Herrn Kiesl. Die Zusammenarbeit mit ihm machte uns sehr

viel Spaß. In diesem Zusammenhang wünschen wir Herrn Kiesl und dem

Unternehmen weiterhin viel Erfolg.



15

10 Anhang

10.1 Skizze: Ermittlung der eingreifenden Kräfte unter dem Winkel α

Abbildung 9: Kraftermittlung



16

10.1.1 Ermittlung der eingreifenden Kräfte unter dem Winkel α

Gegeben:

α = 45˚ - bestimmt durch die Konstruktion

mmax = 550kg – Vorgabe durch die Firma BEN

g = 9,81 ⁄ - konstant

4 Aufnahmen- aus Konstruktion

Berechnung:

Fy – senkrecht eingreifende Kraft auf eine Aufnahme

∗ ∗ 9,81 ⁄ 1348,88

Fres – schräg wirkende Kraft

F Hyp°

,

°1907,60

Fx – waagerecht eingreifende Kraft

∗ cos 1907,60 ∗ 45° 1348,88



17

10.2 Skizze: Berechnung der Aufnahme

Abbildung 10: Aufnahme



18

10.2.1 Skizze: Schnitt x1-x1, Scherung Hohlprofil

(gefährdeter Querschnitt)

Abbildung 11: Schnitt x1-x1



19

10.2.3 Skizze: Schnitt x2-x2, Biegung (gefährdeter Querschnitt 2)

Abbildung 12: Schnitt x2-x2



20

10.2.4Berechnung der Aufnahme

Prüfen Hohlprofil auf Scherung im Querschnitt (TM Kpa.5.6)

Gegeben: 1348,88 Werkstoff – S235JR

b=6,3mm s=1,5

=34,8mm =45mm

d=15mm

Ermittlung der Spannungen

Σ 0

aus Symmetriegründen

∗ ∗

∗

,

, ∗ ,5,41

,

156,67

5,41 156,67 i.O.



21

Prüfen Hohlprofil auf Biegung im Querschnitt (TM Kap 5.9)

Σ 0

Aus Symmetriegründen

Skizze Inneres Kräftesystem

∗

Σ 0

Σ 0 ∗ ∗

∗

∗

,∗

, ∗ , 23,87

,

156,67

23,87 156,67 2 i.O.

b

2

b

h



22

10.3 Skizze: Berechnung des Bolzens auf Biegung

Abbildung 13: Bolzen



23

10.3.1 Berechnung des Bolzens auf Biegung (TM Kap 5.9)

Gegeben: 1348,88 1,5

26,85 - aus Konstruktion 1,5

15 Werkstoff – C45

Gleichgewichtsbedingungen

Σ 0

Aus Symmetriegründen

Inneres Kräftesystem

Σ 0

Σ 0 ∗

∗

∗

,∗ , ∗ ,

∗ 81,98

,

333,32

81,98 333,32 i.O.

b

M(b)



24

10.4 Skizze: Ermittlung der Kraft auf den Steckbolzen

Abbildung 14: Ansicht Drehplatte



25

10.4.1 Skizze: Berechnung des Steckbolzens auf Biegung

Abbildung 15: Ansicht Steckbolzen



26

10.4.2 Berechnung des Steckbolzens

Ermittlung der Kraft auf den Bolzen

Gegeben: 1348,88 , 28,9°

∗

28,9° ∗ 1348,88

1180,9

- Führungskraft 1,5

- Normalkraft 1,5

- Winkel Alpha 2 Werkstoff- C45

Berechnung des Bolzens auf Biegung (TM Kap 5.9)

Gegeben: - weil zwei Bolzen vorhanden 25 , 20

Σ 0

521,88 , 1112,33

Σ 0 ∗ ∗

∗

,∗

738,1

Σ 0 ∗

∗

∗

, ∗ ∗ ,

,

225,56

,

333,32

225,56 333,32 i.O.

d=10mm

x

x

x

x



27

10.5 Skizze: Berechnung der Schweißnähte

Abbildung 16: Aufnahme mit Schweißnaht



28

10.5.1 Skizze: Berechnung der Schweißnähte, Schnitt A-A

Abbildung 17: Schnitt A-A



29

10.5.2 Berechnungen der Schweißnähte

Gegeben: Fx = 1348,88N Werkstoff: S235JR

l1 = 34,8mm tmin = 6,3mm

l2 = 14 mm tmax = 10mm

l4 = 30mm

ka = 1,5

Bestimmung der Kehlnahtdicke nach Roloff/Matek (Kap. 6.3.1)

Bedingung 1: 2 0,7 ∗

2 0,7 ∗ 6,3

2 4,41

Bedingung 2: 0,5

√10 0,5

2,66

Die Kehlnaht wird mit 4 mm festgelegt.

Kehlnaht

A α = 45˚ cos

°

5,66

Abstand zum Schwerpunkt

, 1,89

1,89 30 31,89

Berechnung der Zugkraft

Σ 0 ∗ ∗

∗ , ∗

,6217,8

l5 a

α Sp

l6 l7



30

Berechnung der Zugspannung im Maschinenbau nach Roloff/Matek (Kap. 6.3.3)

1) Maximallast

∗

1,5 ∗ 6217,8

9326,7

0

2) Grenzspannungsverhältnis

,

0

3) Spannungslinie

TB 6-12 (TB-Buch Roloff/Matek) Fall F5

4) Ermitteln zul. Spannung

TB 6-13(TB-Buch Roloff/Matek)

60

Dickenbeiwert bleibt unberücksichtigt, da 10 .

5) Ermitteln der vorhandenen Spannung

∗

,

∗ ,67

Nur mit der vorderen Naht!

6) Vergleich der vorhandenen Spannung mit der zulässigen

67 60 Dazu kommen die seitlichen Nähte

F(N)

t



31

Berechnung der Scherspannung

1) Berechnung der Querkraft

0

1348,88

2) Maximallast

∗

1348,88 ∗ 1,5

2023,32

3) Spannungslinie

TB 6-12 (TB Roloff/Matek) Fall H

4) Ermitteln zul. Spannung

TB 6-13 (TB Buch Roloff/Matek)

95

5) Ermitteln der vorhandenen Spannung

∗ ∗

,

∗ ∗ ,7,27

Nur mit seitlichen Nähten!

6) Vergleichen der vorhandenen Spannung mit der zulässigen

7,27 95 Verbindung ist dauerfest!



32

Berechnung der Biegespannung

1) Spannungsfall

TB 6-12 (TB Buch Roloff/Matek) Fall F5

2) Ermitteln der Spannung

TB 6-13 TB Buch Roloff/Matek)

60

3) Ermitteln des Biegemomentes

0 ∗

∗

∗ ∗

1348,88 ∗ 147 ∗ 1,5

297428

4) Ermitteln der vorhandenen Biegespannung

Herleitung 1,2

, ,

28,31

Alle vier Nähte!

5) Vergleichen der vorhandenen Spannung mit der zulässigen

28,31 60 Verbindung ist dauerfest!



33

Herleitung 1 (TM Kap 5.7)

Gegeben: 34,8 , 17,4 , 4

2 ∗ ∗

∗

∗

∗ ,

,

1614,72

Herleitung 2 nach Steiner (TM Kap. 5.7.6.1)

Gegeben: 31,89 , 4

2 ∗ ∗ ∗

2 ∗ ∗ ∗

2∗ ∗ ∗

= -

234,8 ∗ 2 ∗ 31,89 4 2 ∗ 31,89 4

12

2 283496,23

,

,

8889,82

Sp

Schwerachse

x x

Schwerachse

2 ∗

H Sp x x



34

10.6 Skizze: Bestimmung der Schrauben (Bestimmung FB)

Abbildung 18: Aufnahme mit Schrauben



35

10.6.1 Skizze: Bestimmung der Schrauben (Bestimmung FVM)

Abbildung 19: Schnitt Darstellung Schieber



36

10.6.2 Bestimmung der Schrauben

Berechnung nach Roloff/Matek (Kap.8)

Gegeben: 1348,88

157

31,05

16,05

46,05

Berechnung

Σ 0 ∗ ∗ ∗ zwei Unbekannte

Ansatz über Polares Trägheitsmoment um Bezugspunkt „b“

∗ ∗ , ∗ ∗ ,

, , =4100,66

∗ ∗ , ∗ ∗ ,

, , =1429,22

Probe

Σ 0 ∗ ∗ ∗

∗ ∗ , ∗ , , ∗ , 1348,9

4100,66

- Betriebskraft



37

A 8-1

Festigkeitsklasse 8.8 ISO 4762 M10*30

0,12 TB 8-12 a,b,c

nenn d=10mm (M10) TB 8-13

29,6 TB 8-14

47,8 TB 8-14

normal TB 8-9, kann berechnet werden; 16 ; 12

∗ 87,95

,, ∗

,

, 373,95

490 TB 8-10

373,95 490 i.O.

A-2

11 TB 8-10a

210000

Schraubenkopf

, ∗

∗

, ∗

∗∗ 2,43 ∗ 10

Glatter Schaft

∗

,

∗∗ 2,26 ∗ 10

Nicht eingeschraubtes Gewinde

∗

,

∗ ,5,69 ∗ 10

Eingeschraubtes Gewinde

, ∗

∗

, ∗

∗ ,4,54 ∗ 10

Muttergewinde

, ∗

∗

, ∗

∗∗ 2,43 ∗ 10

1,73 ∗ 10



38

A 8-2

∗

210000

30 mit Annahme 30

30 16 10 26

∗ ∗ ∗ ∗ 1 1

∗ ∗ 0,56

∗ 16 11

∗ 16 ∗ 30 16 ∗ 0,56 1 1 232,13

, ∗

2,05 ∗ 10

∗

, ∗ , ∗5684,75

0 0,7 Buch s.238

Φ ∗ 0,7 ∗, ∗

, ∗ , ∗0,074

2,5 TB 8-11

∗ ∗ 1

2,5 ∗ 0 4100,66 ∗ 1 0,074 5684,75

23,7

23,7 29,6 die gewählte Zylinderschraube M10-8.8 ist

weit ausreichend bemessen.

47,8



39

10.7 Hubwagen



40

10.8 Firmenkontakte

norelem Norelemelemente KG

Volmarstraße 2

D‐71706 Markgröningen

Postfach 11 63

D‐71702 Markgröningen

Technik: Frank Nahm

E‐Mail: [email protected]

Telefon: 07145/206‐93

Telefax: 07145/206‐83

www.norelem.de

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Klöckner Stahl‐ und Metallhandel GmbH

Zweigniederlassung Nürnberg

Mülheimer Straße 1‐9

D‐90451 Nürnberg

E‐Mail: ks‐[email protected]

Telefon: +49 (0)911 6436‐0

Telefax: +49 (0)911 646691

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Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG

Heßlingsweg 14‐16

Postfach 12 01 61

D‐44291 Dortmund

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Telefon: (02 31) 2 06 09‐0

Telefax: (02 31) 25 10 21

www.murtfeldt.de

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D‐81829 München

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Telefon: 089 / 4370 799‐0

Telefax: 089 / 4370 799‐44

www.glt‐gleitlagertechnik.de



41

Literaturverzeichnis

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek. Roloff/Matek Maschinenelemente. Wiesbaden: Verlag Vieweg+Teubner, 2009, Auflage 19 Alfred Böge, Technische Mechanik, Wiesbaden: Vieweg + Teubner, 2009, Auflage 28

Erklärung

Ich versichere durch meine Unterschrift, dass ich die mit meinem Namen gekennzeichneten Teile der Arbeit selbständig und ohne fremde Hilfe angefertigt, alle Stellen, die ich wörtlich oder annähernd wörtlich aus Veröffentlichungen entnommen, als solche kenntlich gemacht und mich auch keiner anderen als der angegebenen Literatur oder sonstiger Hilfsmittel bedient habe. Die Arbeit hat in dieser oder in ähnlicher Form noch keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegen. Kirill Schumkov Ort, Datum, Unterschrift

Erklärung

Ich versichere durch meine Unterschrift, dass ich die mit meinem Namen gekennzeichneten Teile der Arbeit selbständig und ohne fremde Hilfe angefertigt, alle Stellen, die ich wörtlich oder annähernd wörtlich aus Veröffentlichungen entnommen, als solche kenntlich gemacht und mich auch keiner anderen als der angegebenen Literatur oder sonstiger Hilfsmittel bedient habe. Die Arbeit hat in dieser oder in ähnlicher Form noch keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegen. Stefan Thiem Ort, Datum, Unterschrift

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Thema: Drehvorrichtung für Statorpakete download/fs_technik... · Projektarbeit Thema: Drehvorrichtung für Statorpakete eingereicht von Kirill Schumkov Stefan Thiem Rehhofstr.12