13.         Technisch-wirtschaftliches Bewerten des Entwurfs (Ausmerzen der Schwachstellen)

 

Zu diesem Zweck wurde von uns eine Fehleranalyse durchgeführt. Ferner wurde uns von der Fa. Gebr. Steimel mitgeteilt, dass die Zentrierspitzen für die Wellenaufnahme auswechselbar sein müssen. Deswegen haben wir uns entschieden, die Zentrierspitzen von der Fa. Norelem zu beziehen. Den Spannhebel mussten wir selber konstruieren, da die angegebene Spannkraft von max. 150 N zu klein war (Berechnung siehe Ende des Kapitels). Außerdem wurde aus Stabilitätsgründen eine zweite Führungsstange eingebaut. Dies ermöglichte, dass man das gesamte Oberteil (die 2 Führungsblöcke) abnehmen kann.

 

 Konstruktions – FMEA

Prozess / Prozessschritt

Potentielle Fehler

Potentielle Folgen des Fehlers

Potentielle Fehlerursachen

Geplante Abstellmaßnahmen

Ein- und ausspannen der Welle

Federkraft   übersteigt Handkraft

Welle lässt sich nicht einspannen

Ausrückhebel

Gelenkhebel

Höhenverstellung (Rückstellung) der Vorrichtung

Unterschiedliche Rückstellung eines Führungsblockes

Welle lässt sich nicht ein- oder ausspannen

Unterschiedliche Federkraft

Konische Verbindung der Führungsgewindestangen mit den Führungsblöcken

Zentrierbohrung oder -spitzen können beschädigt werden

Führungsstange schief

Führungsstangen und Buchsen können beschädigt werden

Stützen unterschiedlich hoch

Neukonstruktion des Führungsblocks (Gelenk)

Wellendurchmesser unterschiedlich

Zentrierspitzen

Unkorrekte Aufnahme der Welle

Ungenauigkeiten bei der Rundlaufmessung

Zentrierspitzenverschleiß

Austauschbare und gehärtete Zentrierspitzen

 

Beschädigung durch das Richten

Neukonstruktion des Führungsblocks (Gelenk)

 

Wie groß muss denn nun die Federkraft (dargestellt als Ferz) sein, damit die Zentrierbohrung richtig von der Zentrierspitze aufgenommen wird? Dies ist nötig, um eine einwandfreie Rundlaufmessung durchzuführen. Wie sieht die Situation denn aus? Dafür schauen wir uns einmal die Skizze an.

 

 

 

 

 

 

Wie wir sehen, ist die Welle über einen Keil mit der Zentrierspitze verbunden („über Keile kennen wir uns ja mittlerweile besonders gut aus“). Daraus ergibt sich folgende Rechnung.

 

Fsp = 220 N (max. Gewichtskraft der Welle, da auf beiden Seiten Zentrierungen vorhanden sind, kann man bei einer Zentrierung mit der gesamten Kraft rechnen).

µ = 0,1          Haftreibung Stahl auf Stahl geschmiert [1]

a = 30°

Ferz= Fsp * tan ( a + 2 * µ ) = 128 N                     Formel nach [2]

 

Zudem mussten wir die benötigte Spannkraft im Spannhebel berechnen, damit die Welle beim drücken nicht aus der Zentrierung rausgedrückt wird. Dazu mussten wir zuerst die erforderliche Federkraft unter den Führungsböcken berechnen. 

V= 350mm*60mm*60mm= 1.26dm³

m= V*e = 1.26dm³*7.9kg/dm³ = 9.945 kg                 F` = 100 N

F = 200 N (im ungünstigsten Falle, wegen außermittigen Zahnrad)

FB = (F1*200 mm + F`*175 mm)/ 300 mm = 192 N

Daraus folgt, dass die Druckfeder unter dem Block min. 192 N an Federkraft haben muss.

Deswegen setzen wir die Druckfeder DIN 2098-3,2x25x135 ein.[3]

Die Feder wird auf 99 mm vorgespannt. Daraus ergibt sich eine Vorspannkraft von F=s*R=36mm * 5,45 N/mm = 197 N.

Bei ca. 15 mm Hubbewegung kommt man auf F=51*5,45N/mm = 278 max. Spannkraft

F-Presse muss genau so groß sein, wie Fsp zusammen (sonst würde die Welle ja nicht nach unten gehen). F-Presse * µ ergibt FR [4]. FR wirkt entgegen der Wellenbewegung.

Daraus ergab sich folgende Berechnung.

 

Fsp=278 N

µ1 =0,1           Haftreibung Stahl auf Stahl geschmiert

µ2 =0,1           Haftreibung Stahl auf Stahl geschmiert

F-Presse= 2 * Fsp

a = 30°

 

F = 2 * Fsp * tan ( a + 2 * µ1 ) – (µ2 * F-Presse) = 267 N          

 

Das heißt, dass die Druckfeder im Spannhebel min. 267 N stark sein muss, damit die Zentrierspitze beim Herunterdrücken nicht aus der Zentrierung gedrückt wird.

 

Dies wären auch ungefähr 27 kg, die man min. ziehen müsste, um eine Welle ein- und auszuspannen. Dies war uns ein wenig zu anstrengend, weswegen wir einen Gelenkhebel eingesetzt haben.

 

zurück Inhaltsverzeichnis 

 

weiter Kapitel 14

 


[1] Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen, 1995, Seite 1

[2] Trummer, Achim; Wiebach, Helfried: Vorrichtungen der Produktionstechnik, Seite 100 Formel 4.2

[3] U.Fischer, Tabellenbuch Metall: 41. neubearbeitete und erweiterte Auflage, Seite 230

[4] U.Fischer, Tabellenbuch Metall: 41. neubearbeitete und erweiterte Auflage, Seite 38