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Maschinenelemente I (ME I)5 ECTS (englische Bezeichnung: Machine Elements I)
(Prüfungsordnungsmodul: Maschinenelemente 1)
Modulverantwortliche/r: Sandro Wartzack Lehrende:
Marcel Bartz, und Mitarbeiter/innen
Start semester: |
WS 2021/2022 | Duration: |
1 semester | Cycle: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
60 Std. | Eigenstudium: |
90 Std. | Language: |
Deutsch |
Lectures:
Empfohlene Voraussetzungen:
Inhalt:
Einführung
Einführung in die Produktentwicklung
Produktentwicklungsprozesses Konstruktionswerkstoffe
Richtlinien zur Werkstoffauswahl
Festigkeit – Verformung – Bruch
Stahl
Gusseisenwerkstoffe
Nichteisenmetalle: Leicht- und Schwermetalle
Polymerwerkstoffe
Nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe
Spezielle neue Werkstoffe
Grundlagen der Bauteilauslegung – Festigkeitslehre
Lernziele und Kompetenzen:
- Wissen
- Im Rahmen von ME I erlangen die Studierenden Verständnis für das Konstruieren von Maschinen als methodischer Prozess unter besonderer Beachtung von Synthese und Analyse als zentrale Aufgaben der Produktentwicklung und auf Basis der Begriffe Merkmale und Eigenschaften nach der Definition von Weber. Die Studierenden erlernen die Anwendung von Vorgehensmodellen in Produktentwicklungsprozessen mit Fokus auf VDI 2221 ff.; hierbei das Aufzeigen von Querverweisen zu den in der Lehrveranstaltung Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren zu erwerbenden Kompetenzen.
Die Studierenden gewinnen Verständnis für Konstruktionswerkstoffe, deren spezifische Eigenschaften sowie Möglichkeiten zur Beschreibung des Festigkeits-, Verformungs- und Bruchverhaltens. Unter Konstruktionswerkstoffen werden insbesondere Eisenwerkstoffe, daneben auch Nichteisenmetalle, Polymerwerkstoffe und spezielle neue Werkstoffe, z. B. Verbundwerkstoffe, verstanden. Die Studierenden erschließen Querverbindungen zu den in der Lehrveranstaltung Werkstoffkunde erworbenen Kompetenzen. Die Studierenden gewinnen Verständnis für das Gestalten von Maschinenbauteilen unter besonderer Berücksichtigung der Fertigungsgerechtheit, hierbei werden Querverweise zu den in der Lehrveranstaltung Produktionstechnik erworbenen Kompetenzen und zu den in der Lehrveranstaltung Technische Produktgestaltung zu erwerbenden Kompetenzen aufgezeigt. Die Studierenden gewinnen Verständnis für Normen (DIN, EN, ISO), Richtlinien (VDI, FKM) und Standards im Kontext des Maschinenbaus, hierbei werden Querverweise zu den in der Lehrveranstaltung Technische Darstellungslehre erworbenen Kompetenzen aufgezeigt. Die Studierenden gewinnen Verständnis für herstell- und messbedingte Abweichungen sowie zu vergebende Toleranzen für Maß, Form, Lage und Oberfläche bei Maschinenbauteilen sowie Berechnung und Beurteilen von Maßtoleranzen, hierbei werden Querverweise zu den in der Lehrveranstaltung Messtechnik erworbenen Kompetenzen; Verständnis für Normzahlen und Rechnen mit Normzahlen aufgezeigt. Die Studierenden gewinnen ein funktionsorientiertes Verständnis für und Überblick zu gängigen Maschinenelementen sowie Vertiefung zahlreicher Maschinenelemente unter Berücksichtigung derer spezifischen Merkmale, Eigenschaften und Einsatzbedingungen. Im Einzelnen:
Gestaltung und Berechnung von Schweißverbindungen sowie Beurteilung der Tragfähigkeit von Schweißverbindungen nach dem Verfahren von NIEMANN und nach DS 952
Gestaltung und Berechnung von Lötverbindungen, insbesondere Hartlötverbindungen sowie Beurteilung der Tragfähigkeit von Lötverbindungen unter Berücksichtigung der vorhandenen Unsicherheiten
Gestaltung und Berechnung von Klebeverbindungen sowie Beurteilung der Tragfähigkeit von Klebeverbindungen unter Berücksichtigung vorhandener Unsicherheiten
Gestaltung und Berechnung formschlüssiger Welle-Nabe-Verbindungen, insbesondere Pass- und Scheibenfederverbindungen auf Basis von DIN 6892, Keil- und Zahnwellenverbindungen und Polygonprofilverbindungen sowie Beurteilung der zugrunde gelegten Berechnungsmodelle im Hinblick auf deren Gültigkeitsgrenzen
Gestaltung und Berechnung von Bolzen- und Stiftverbindungen sowie Beurteilung der zugrunde gelegten Berechnungsmodelle im Hinblick auf deren Gültigkeitsgrenzen
Verständnis für formschlüssige Sicherungselemente, Auswahl geeigneter Sicherungselemente unter Berücksichtigung technischer Randbedingungen und Gestaltung der Verbindungsstelle
Gestaltung und Berechnung auch komplexerer Nietverbindungen (z. B. Momenten¬anschlüsse mit mehreren Nietgruppen) sowie Beurteilung der Tragfähigkeit von Nietverbindungen auf Basis von DIN 18800 und DIN 15018 unter Berücksichtigung der Berechnungsmodelle und der damit verbundenen Annahmen; Wissen über Stanzniet- und Clinchverbindungen
Verständnis für reibschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen (Wirkprinzip) sowie Gestaltung, Berechnung und Herstellung von zylindrischen Quer- und Längspressverbänden in Anlehnung an DIN 7190 (elastische Auslegung, einschließlich Herleitung der Verformungen und Spannungen anhand des Modells des dickwandigen Hohlzylinders), von Kegelpressverbänden und von Klemmverbindungen. Wissen über gängige Spannelementverbindungen
Verständnis für die Elemente von Schraubenverbindungen unter besonderer Berücksichtung des Maschinenelements Schraube (Gewinde) sowie Überprüfung längs- und querbelasteter, vorgespannter Schraubenverbindungen in Anlehnung an VDI 2230 im Hinblick auf Anziehdrehmoment, Bruch, Fließen und Dauerbruch der Schraube unter Einfluss von Setzvorgängen und Schwankungen beim Anziehen; Wissen um die Problematik des Lockerns und des Lösens von Schraubenverbindungen sowie der gängigen Schraubensicherungen und Auswahl geeigneter Schraubensicherungen unter Berücksichtigung technischer Randbedingungen
Verständnis für Bewegungsschrauben und Berechnung von Trapezgewindespindeln.
- Evaluieren (Beurteilen)
- Die Studierenden erlernen die Bewertung und Einschätzung von Maschinenbauteilen im Hinblick auf deren rechnerische Auslegung und konstruktive Gestaltung unter Berücksichtigung des Werkstoffverhaltens, der Geometrie und der auf das Bauteil einwirkenden Lasten. Hierzu:
Analyse der auf ein Bauteil wirkenden Belastungen und Erschließen von Querverbindungen zu den in der Lehrveranstaltung Statik erworbenen Kompetenzen
Analyse der aus den Belastungen resultierenden Beanspruchungen und Erschließen von Querverbindungen zu den in der Lehrveranstaltung Elastostatik erworbenen Kompetenzen. Hierbei Fokus auf die Beanspruchung stabförmiger Bauteile, Kontaktbeanspruchung sowie Instabilität stabförmiger Bauteile (Knicken)
Unterscheidung von Nennspannungen und örtlichen Spannungen
Analyse und Beurteilung von Lastannahmen sowie des zeitlichen Verlaufs von Beanspruchungen (statisch, dynamisch)
Verständnis für mehrachsige Beanspruchungszustände und Festigkeitshypothesen in Verbindung mit den werkstoffspezifischen Versagenskriterien, Ermittlung von Vergleichsspannungen
Verständnis für die Auswirkungen von Kerben auf Maschinenbauteile unter statischer und dynamischer Beanspruchung und Ermittlung von Kerbspannungen auf Basis von Kerbform-, Kerbwirkungszahlen und plastischen Stützzahlen unter Berücksichtigung von Oberflächeneinflüssen
Verständnis für Werkstoffkennwerte und den Einfluss der Bauteilgröße und des Oberflächenzustandes sowie Gegenüberstellung zu dazugehörigen Versagenskriterien
Überprüfung der Festigkeit von Maschinenbauteilen im Zuge von Dimensionierungsaufgaben und Tragfähigkeitsnachweisen in Anlehnung an die einschlägige FKM-Richtlinie sowie Beurteilung der durchgeführten Berechnungen unter besonderer Berücksichtigung von Unsicherheiten, welche Ausdruck in der Wahl von Mindestsicherheiten finden
Verständnis für kritische Drehzahlen bei rotierenden Achsen und Wellen und überschlägige Bestimmung der ersten biege- und verdrehkritischen Drehzahl für einfache Lagerungsfälle, hierbei Aufzeigen von Querverweisen zu den in der Lehrveranstaltung Dynamik erworbenen Kompetenzen.
Auswahl und Beurteilung gängiger Maschinenelemente für die Hauptfunktion „Elemente verbinden“ sowie Auslegung dieser Maschinenelemente
Die Studierenden gewinnen die Befähigung zur Einschätzung und Bewertung von Maschinenelementen, einschließlich der Befähigung, Berechnungsansätze und Gestaltungsgrundsätze auch auf andere Maschinenelemente, die nicht explizit im Rahmen der Lehrveranstaltung behandelt wurden, zu übertragen.
Weitere Informationen:
Keywords: Konstruktionstechnik, Maschinenelemente
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
- Mechatronik (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2021w | TechFak | Mechatronik (Bachelor of Science) | Mechatronik (Studienbeginn ab 01.10.2021) | Gesamtkonto | Maschinenelemente 1)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Maschinenelemente I (Prüfungsnummer: 45301)
(englischer Titel: Lecture: Machine elements I)
- Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5 ECTS
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Prüfungssprache: Deutsch
- Erstablegung: WS 2021/2022, 1. Wdh.: SS 2022, 2. Wdh.: keine Wiederholung
1. Prüfer: | Sandro Wartzack |
- Termin: 14.04.2022, 15:30 Uhr, Ort: Mensa-Süd
Termin: 05.10.2022
Termin: 05.10.2022
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