Prüfung Teil 2: Verständnisfragen

 

Ziel des Fragenteils

Sie sollen zeigen, dass Sie grundlegende Zusammenhänge für die Anwendung der Maschinenelemente verstanden haben.

Sie kennen:

  • typische Eigenschaften und Einsatzgebiete von Maschinenelementen
  • Vor- und Nachteile bei der Verwendung einzelner Lösungsprinzipien
  • Besonderheiten, die der Gesamtkonstruktion beim Einsatz der Maschinenelemente zu berücksichtigen sind
  • Keine Diagramme oder Rechenwege oder Formeln

Frage 1 (6 Punkte)

Welche Werkstoffkennwerte legen Sie in nachfolgend genannten Fällen Ihren Festigkeitsberechnungen zu Grunde? Was sind demnach die maßgeblichen Versagenskriterien?

  1. Traverse aus Grauguss, statisch beansprucht
  2. Hallenträger aus Baustahl, statisch beansprucht
  3. Umlaufende Waggonachse

Antwort 1

a)
Werkstoffkennwert: Zugfestigkeit {R_m}
Versagenskriterium: (Gewalt-)Bruch

b)
Werkstoffkennwert: Streckgrenze (Fließgrenze) {R_e} bzw. Ersatzstreckgrenze {R_{p0,2}}
Versagenskriterium: Fließen und plastische Verformung

c)
Werkstoffkennwert: Biegewechselfestigkeit {s_{bW}}

Versagenskriterium: Dauer(schwing)bruch oder Ermüdungsbruch

Frage 2 (6 Punkte)

Erläutern Sie den Unterschied zwischen einer Dimensionierung und einer Nachrechnung.

Antwort 2

Bei der Dimensionierung werden ausgehend von der Widerstandsfähigkeit des Werkstoffs und den bekannten Belastungen die Hauptabmessungen eines Bauteils als Richtwerte festgelegt.
Bei der Nachrechnung wird dagegen überprüft, ob das ausgestaltete Bauteil den als bekannt angenommenen vorhandenen Belastungen standhält. Als wichtige Beurteilungskriterien werden die Sicherheiten gegen verschiedene Versagensarten ermittelt.

Frage 3 (6 Punkte)

Erläutern Sie anhand eines Diagramms, welchen Sachverhalt die Wöhler-Linie beschreibt.

Antwort 3

Mit dem Wöhlerversuch wird die Schwingfestigkeit von Werkstoffen ermittelt. Hierfür werden die Versuchskörper zyklisch, meist unter sinusförmiger Beanspruchungs-Zeit-Funktion, belastet.

wohler-linie-ertragbare-spannung-schwingung

Frage 4 (8 Punkte)

Welche vier grundsätzlichen Gestaltungskriterien sind bei Gussteilen zu beachten? Nennen Sie jeweils zwei Beispiele.

Antwort 4

Modellgerecht: z.B. ungeteilte Modelle anstreben, möglichst keine Kerne, einfache Formen

Formgerecht: z.B. Aushebeschrägen, Rippenanordnung, Hinterschneidungen vermeiden

Gießgerecht: z.B. Materialanhäufungen vermeiden, sanfte Übergänge, Verrundungen, erstarrungsgerechtes Gestalten

Bearbeitungsgerecht: z.B. schräg aufliegende Arbeitsflächen vermeiden, Auslauf für Bearbeitungswerkzeuge berücksichtigen

Frage 5 (4 Punkte)

Nennen Sie vier Vorteil von Lötverbindungen gegenüber anderen stoffschlüssigen Verbindungen.

Antwort 5

  • Verschiedenartige Metalle miteinander verbinden
  • Aufgrund relativ niedriger Arbeitstemperatur kein schädigender Werkstoffeinfluss
  • Geringere Schrumpfspannungen und Verwerfungen
  • Gute elektrische Leitfähigkeit der Lötstelle
  • Stetiger Kraftfluss und geringe Kerbwirkung durch flächige, kontinuierliche Verbindung

Frage 6 (3 Punkte)

Hinsichtlich welcher Beanspruchungen berechnen Sie eine Bolzenverbindung?

Antwort 6

  • Biegung
  • Schub
  • Torsion
  • Lochleibung

Frage 7 (4 Punkte)

Sie verfügen über die folgende Bezeichnung einer Schraube:

DIN EN 24014 – M12 x 1,25 x 65 10.9

Welche Informationen können Sie daraus ableiten?

Antwort 7

  • Sechskantschraube mit Schaft mit metrischem ISO-Feingewinde
  • Gewinde-Nenndurchmesser 12mm
  • Gewindesteigung 1,25°
  • Flankenwinkel 60°
  • Schraubenlänge 65mm
  • Festigkeitsklasse 10.9
  • Mindestzugfestigkeit 1000N/mm2
  • Mindeststreckgrenze 900N/mm2

Frage 8 (4 Punkte)

Der Keil als mechanischer Kraftverstärker ist ein physikalisches Grundprinzip, welches zahlreichen Maschinenelementen zugrunde liegt. Nennen Sie vier Maschinenelemente, die auf dem Keilprinzip beruhen.

Antwort 8

  • Keilverbindung
  • Kegelpressverband
  • Kegelspannelemente/Kegelstift
  • Spann- und Abziehhülsen
  • Schraube und Gewinde
  • Schneckengetriebe
  • Keilbremse
  • Kegelbremse
  • Kegelrollenlager

Frage 9 (5 Punkte)

Was versteht man bei Wälzlagern unter einer “O-Anordnung”? Warum wird eine solche Anordnung, z.B. bei Radlagersätzen, besonders gerne verwendet?

Antwort 9

Unter einer O-Anordnung versteht man eine angestellte Lagerung, d.h. spiegelbildlich angeordnete Wälzlager (Schrägkugellager, Kegelrollenlager). Die von den Drucklinien gebildeten Kegel zeigen mit ihren Spitzen nach außen. Dadurch ergibt sich eine größere Stützbasis (Abstand der Druckkegelspitzen zueinander) und somit eine steifere Lageranordnung. Gleichzeitig lässt sich ein gewünschtes Spiel oder eine gewünschte Vorspannung einstellen.

Frage 10 (3 Punkte)

Skizzieren Sie das Reibungsverhalten eines hydrodynamischen Gleitlagers in Abhängigkeit von der Drehzahl. Kennzeichnen Sie die verschiedenen Zustände, die das Lager durchläuft. Was versteht man unter dem Begriff Ausklink- oder Übergangspunkt? Tragen Sie in das Diagramm zum qualitativen Vergleich auch die Kennlinie eines Wälzlagers ein.

Antwort 10

reibungsverhalten-hydrodynamisches-lager

Ausklinkpunkt:

  • Übergang von Misch- zu Flüssigkeitsreibung (zugehörig: Übergangsgeschwindigkeit)
  • Öldruck und äußere Kräfte im Schmierkeil halten sich im Gleichgewicht
  • Lagerreibung ist hier am geringsten
  • Kurz nach Ausklinkpunkt beginnt der Betriebsbereich des Gleitlagers

Frage 11 (3 Punkte)

Erläutern Sie das Funktionsprinzip einer Freilaufkupplung.

Antwort 11

Ein Freilauf ist eine drehrichtungsgeschaltete Kupplung. An- und Abtriebsteil der Kupplung sind in einer Drehrichtung gegeneinander frei beweglich (Leer- bzw. Freilaufzustand) und in der anderen gekoppelt (Sperrzustand), so dass Drehmomente nur in einer Richtung (im Sperrzustand) übertragen werden können. Realisiert werden Freiläufe in Form von Klinkensperren oder Klemmrollen- z.B. Klemmkörperfreiläufen. Freiläufe finden zum Beispiel als Rücklaufsperren oder in Schrittschaltwerken Verwendung.

Frage 12 (8 Punkte)

Was versteht man bei Evolventenverzahnung unter Profilverschiebung? Nennen Sie vier Anwendungsmöglichkeiten für Profilverschiebung.

Antwort 12

Mit gleichem Werkzeug werden andere Zahnformen erzeugt. Das Werkzeug wird um einen bestimmten Betrag vom Teilkreis verschoben, nämlich je nach Zielsetzung zum Zahnkopf (positive Profilverschiebung) oder zum Zahnfuß (negative Profilverschiebung) hin. Teil- und Wälzkreis fallen dadurch nicht mehr zusammen.

Anwendungsmöglichkeiten:

  • Dickere Zahnfüße erhöhen die Zahnfußtragfähigkeit
  • Erzeugung von Flankenformen mit günstigeren Gleiteigenschaften
  • Vermeidung von Unterschnitt bei kleinen Zähnezahlen
  • Erreichung eines geforderten Achsabstandes
  • Erhöhung des Überdeckungsgrades

Frage 13 (5 Punkte)

Was versteht man unter dem Polygoneffekt bei Kettengetrieben? Welche Nachteile sind damit verbunden?

Antwort 13

Die Kette umschlingt die Kettenräder in Form eines Vielecks. Dadurch schwankt der wirksame Raddurchmesser und entsprechend die Kettenfortschrittsgeschwindigkeit periodisch. Mit kleiner werdender Zähnezahl des Kettenrades nimmt diese – als Polygoneffekt bezeichnete – Ungleichförmigkeit zu.

Der Polygoneffekt führt zu

  • Einem unruhigen Lauf der Kette
  • Zu unerwünschten Längs- und Querschwingungen im Resonanzbereich
  • Durch die damit einhergehenden Massenbeschleunigungen zu hohen zusätzlichen Kräften im Triebstrang