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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.
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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.
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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.
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
3
3 Kurzdarstellung
Abbildung 1: Drehvorrichtung
1 2
4
9
7
15
13
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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 -
M10 x 25 - 8.8 Stahl / Produktklasse A
18 24 Zylinderschraube ISO 4762 -
M6 x 30 - 8.8 Stahl / Produktklasse A
19 8 Zylinderschraube DIN 4762 -
M10 x 30 - 8.8 Stahl / Produktklasse A
20 16 Zylinderstift ISO 8734 - 6 x 40 Typ B einsatzgehärtet,
Toleranzklasse: m6
21 8 Zylinderstift ISO 8734 - 6 x 30 Typ B einsatzgehärtet,
Toleranzklasse: m6
22 8 Zylinderstift ISO 8734 - 5 x 30 Typ B einsatzgehärtet,
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
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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
ung
echnungen
struktion
umentation
sentation
können Abw
Tatsächlic
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ung
echnungen
struktion
umentation
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Apr Mai
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Apr Mai
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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Abbildung 5: Vorhandene Bauteile
Abbildung 6: Drehplatte mit Führungen
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
13
Abbildung 7: Platten mit Vorbau
Abbildung 8: Fertiges Produkt
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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.
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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10 Anhang
10.1 Skizze: Ermittlung der eingreifenden Kräfte unter dem Winkel α
Abbildung 9: Kraftermittlung
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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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
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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10.2 Skizze: Berechnung der Aufnahme
Abbildung 10: Aufnahme
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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10.2.1 Skizze: Schnitt x1-x1, Scherung Hohlprofil
(gefährdeter Querschnitt)
Abbildung 11: Schnitt x1-x1
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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10.2.3 Skizze: Schnitt x2-x2, Biegung (gefährdeter Querschnitt 2)
Abbildung 12: Schnitt x2-x2
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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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.
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
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10.3 Skizze: Berechnung des Bolzens auf Biegung
Abbildung 13: Bolzen
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
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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)
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10.4 Skizze: Ermittlung der Kraft auf den Steckbolzen
Abbildung 14: Ansicht Drehplatte
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
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10.4.1 Skizze: Berechnung des Steckbolzens auf Biegung
Abbildung 15: Ansicht Steckbolzen
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
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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
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10.5 Skizze: Berechnung der Schweißnähte
Abbildung 16: Aufnahme mit Schweißnaht
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
28
10.5.1 Skizze: Berechnung der Schweißnähte, Schnitt A-A
Abbildung 17: Schnitt A-A
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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
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
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!
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
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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!
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
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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
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
34
10.6 Skizze: Bestimmung der Schrauben (Bestimmung FB)
Abbildung 18: Aufnahme mit Schrauben
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
Kirill Schumkov/ Stefan Thiem
35
10.6.1 Skizze: Bestimmung der Schrauben (Bestimmung FVM)
Abbildung 19: Schnitt Darstellung Schieber
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
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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
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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
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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
Projektarbeit: „Drehvorrichtung für Statorpakete“
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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
www.kloeckner‐stahl‐und‐metallhandel.de
______________________________________________________________________
Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG
Heßlingsweg 14‐16
Postfach 12 01 61
D‐44291 Dortmund
E‐Mail: [email protected]
Telefon: (02 31) 2 06 09‐0
Telefax: (02 31) 25 10 21
www.murtfeldt.de
______________________________________________________________________
GLT ‐ GleitLagerTechnik® GmbH
Stahlgruberring 26
D‐81829 München
E‐Mail: info@glt‐gleitlagertechnik.de
Telefon: 089 / 4370 799‐0
Telefax: 089 / 4370 799‐44
www.glt‐gleitlagertechnik.de
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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