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Belegarbeit Konstruktion, SoSe 2019
Konstruktion eines Wellenhalters zum Entgratenvon Kegelradwellen
Kaiser, Franz; 1234567; MAB2016
Nachname, Vorname; Matrikelnummer; Matrikel
Däne, Mark; 2345678; MB2015
Nachname, Vorname; Matrikelnummer; Matrikel
Schwarzer, Peter; 3456789; MAB2016
Nachname, Vorname; Matrikelnummer; Matrikel
Gruppe
Abgabe am 29.07.2019
II
Inhaltsverzeichnis
0 Aufgabenstellung 20.1 Arbeitspakete 4
0.2 Hinweise 8
0.3 Wochen- und Zeitplan 9
0.4 Bewertungsübersicht 9
0.5 Gestaltung der Kapitel 10
0.6 Bewertungskriterien 11
1 Vorbetrachtungen und Anforderungsliste 121.1 Gliederungsebene 2, Überschrift 1 13
1.2 Gliederungsebene 2, Überschrift 2 13
2 Konzeption 142.1 Gliederungsebene 2, Überschrift 1 14
2.1.1 Gliederungsebene 3, Überschrift 1 14
2.1.2 Gliederungsebene 3, Überschrift 2 14
3 Modellierung, Zeichnungsableitung sowie Montage- und Betriebsanleitung 153.1 Gliederungsebene 2, Überschrift 1 15
3.2 Gliederungsebene 2, Überschrift 2 16
4 Konstruktionskritische Analyse 17
Anhang iA. Technische Zeichnungen iB. Gliederungsebene 1, Überschrift 2 i
Symbol- und Indexverzeichnis ii
Abbildungsverzeichnis iii
Tabellenverzeichnis iv
Literaturverzeichnis v
I
0 Aufgabenstellung
Die folgende Abbildung 0.1 zeigt links den Arbeitsraum einer Entgratungsmaschine, der mit einer Kegelradwelle bestückt ist.
Abbildung 0.1: Arbeitsraum einer Entgratungsmaschine / Welle vor der Entgratung
Nachdem die Welle mittels Niederhalter fixiert ist, wird das Backenfutter in Rotation versetzt, währenddessen das Entgratungswerkzeug die Zahnkontur am Fuß der Verzahnung bearbeitet. Infolge des Fertigungsprozesses der Verzahnungsgeometrie verbleibt dort der Großteil der Spane, vgl. Abbildung 0.1 rechts. Nach etwas mehr als einer halben Umdrehung wird parallel zum Entgraten auf der gegenüberliegenden Seite gebürstet bzw. poliert.
Positioniert wird die Welle mithilfe eines Tellers aus Aluminium, vgl. Abbildung 0.1 rechts und Abbildung 0.2. Zusätzlich dient eine Schraube als Verdrehsicherung, so dass die Welle während des Entgratens nicht in Rotation versetzt wird.
Abbildung 0.2: Kegelradwelle und Positionierhilfe
Infolge der großen Vielfalt hinsichtlich der zu entgratenden Kegelradwellen werden diverse unterschiedliche Teller als Positionierhilfe benötigt. Neben dem vorzuhaltenden Stauraum hat diese Vielzahl an Hilfselementen insbesondere negative Auswirkungen auf die Rüstzeit der Maschine, da immer erst einmal geprüft werden muss, welcher Teller zur aktuellen Welle passt und dieser entsprechend in das Futter eingespannt werden muss.
Aus diesem Grund soll ein universaler Wellenhalter für die hier gezeigte Entgratungsmaschine entwickelt werden.
Um die geforderte Universalität abzusichern, stehen exemplarisch vier Zeichnungen von Kegelradwellen (z.B. die größte und die kleinste) zur Verfügung, vgl. Anhang
Spezifische Anforderungen an den Wellenhalter
Alle Kegelradwollen sollen mithilfe des Werkzeugs entgratet werden, so dass die Rüstzeit der Maschine sinkt.
Auch zukünftige Kegelradwellen sollen durch das Werkzeug positioniert und gehalten werden können.
Schnelle und einfache Anpassung bei Wellenwechsel
Genauigkeit hinsichtlich Koaxialität/Rundlauf: 0,3 mm
Aufgabenstellung
0.1 Arbeitspakete
1. Vorbetrachtungen und Anforderungsliste
Machen Sie sich zunächst mit der Geometrie von Kegelrädern vertraut, indem Sie folgende Aspekte beleuchten:
- Formen von Kegelrädern- Übersetzung und Kegelwinkel- Abmessungen von Zahn und Rad- Grenzzähnezahl und Profilverschiebung
Schreiben Sie ein MathCAD-File, das aus den gegebenen Verzahnungsgrößen (siehe technische Zeichnungen) alle weiteren Geometriegrößen berechnet.
Erarbeiten Sie außerdem eine detaillierte Anforderungsliste (vgl. Abbildung 0.3), wobei die bereits gegebenen Anforderungen natürlich enthalten sein sollen.
Abbildung 0.3: Auszug aus einer Anforderungsliste [PB04]
Im Laufe der Belegbearbeitung werden weitere Anforderungen hinzukommen, andere werden möglicherweise entfallen. Passen Sie Ihre Anforderungsliste immer dem aktuellen Entwicklungsstand an.
Versuchen Sie dennoch, bereits in diesem Arbeitspaket eine möglichst vollständige Anforderungsliste zu erstellen. Um die spezifischen Anforderungen an Ihr Produkt leichter zu identifizieren, sollten Sie die folgende Liste von Produktmerkmalen nutzen, vgl. Abbildung 0.4.
Versuchen Sie, Ihre Anforderungen möglichst konkret zu formulieren.
4
Aufgabenstellung
Abbildung 0.4: Hauptmerkmalsliste [PB04]
5
Aufgabenstellung
2. Konzeption
Entwickeln Sie mindestens zwei Konzepte zur Gestaltung der Vorrichtung und bewerten Sie diese anhand selbstgewählter Bewertungskriterien. Nutzen Sie die Bewertungsskala der VDI 2220 (vgl. [PB04]) und geben Sie Einflussgrößen eines jeden Kriteriums an. Wählen Sie schlussendlich ein tragfähiges Konzept aus.
Leiten Sie aus Ihren Konzepten eine allgemeingültige Funktions- und die konzeptspezifischen Wirkstrukturen ab.
Abbildung 0.5 zeigt exemplarisch die Gesamtfunktion einer Prüfmaschine sowie die enthaltenen Teilfunktionen.
Abbildung 0.5: Gesamtfunktion (a) und Teilfunktionen (b) einer Prüfmaschine [PB04]
In [PB04] wird neben Gesamt- und Teilfunktion auch zwischen Haupt- und Nebenfunktion differenziert. Dieses Vorgehen muss nicht zwingend adaptiert werden.
Achten Sie auf eine möglichst lösungsneutrale Formulierung der Funktionen.
3. Modellierung, Zeichnungsableitung sowie Montage- und Betriebsanleitung
Modellieren Sie das von Ihnen gewählte Konzept im Baugruppenkontext unter Verwendung der Skelett- bzw. Adaptermethode.
Leiten Sie aus Ihrem 3D-Modell den vollständigen Zeichnungssatz, d.h. Bauteil- und Baugruppenzeichnungen, ab. Darüber hinaus sind Anleitungen hinsichtlich Montage und Betrieb anzufertigen.
6
Aufgabenstellung
4. Konstruktionskritische Analyse
Diskutieren Sie die Baugruppe hinsichtlich folgender Punkte:
Fertigung und Montage
Toleranzen und Genauigkeit
Kraftfluss und Struktursteifigkeit
Verbindungselemente
Kosten (qualitative Abschätzung/Vergleich)
7
Aufgabenstellung
0.2 Hinweise
Gruppenarbeit
Die Studierenden schließen sich zu Gruppen mit je 3 bis 4 Mitgliedern zusammen und teilen mir dies per Mail mit (unter Angabe von: Name, Matrikel, Matrikelnummer).
Ihnen wird dann eine entsprechende Gruppennummer zugewiesen.
Software
Die Erstellung der Dokumentation erfolgt auf Basis dieser Formatvorlage (Word), deren Gliederung beizubehalten ist.
Die Software zur Erstellung der Berechnungsdokumentation ist Mathcad. Darüber hinaus kann auch Mathematica verwendet werden.
Die Software zur 3D-Modellierung und zur Erstellung der 2D-Zeichnungen ist CATIA V5.
Sowohl Berechnungen als auch technische Zeichnungen sind dem Beleg im Anhang beizufügen.
Abgabe und Bewertung
Die Abgabe des Beleges erfolgt in gebundener Form. Darüber hinaus sind alle relevanten CAD-, Mathcad-, Mathematica- sowie doc/pdf-Files auf einer beschrifteten CD-ROM beizufügen.
Wird der Abgabetermin (29.07.2019) nicht eingehalten, so verschlechtert sich der Bewertungsgrad der Note wöchentlich um 0.3 bzw. 0.4.
Wie im Zeitplan definiert (vgl. Tabelle 0.1), erfolgt eine Zwischenbewertung der Arbeitspakete (außer AP5) auf Basis Ihrer Ausarbeitungen. Zu den entsprechenden Terminen präsentieren Sie Ihre Ergebnisse in Form eines 15 minütigen Vortrages (PowerPoint-Präsentation).
Zur Bewertung senden mir alle Gruppen (!) Ihre Ausarbeitungen (Berechnungen und Präsentation) am Dienstag vor den Verteidigungen bis 20 Uhr. Angaben zur Mail:
o Betreff: Beleg Konstruktion, <Gruppennummer>, <Nr. des Arbeitspaketes>
o Format: je ein pdf-File für Ausarbeitung, Berechnung und Präsentation
Dateiname: <Gruppennummer>_<Nr. des Arbeitspaketes>_<Inhalt>.pdf(für <Inhalt> entsprechend „Ausarbeitung“, „Berechnung“ oder „Präsentation“ einsetzen)
Sie erhalten Ihre Note direkt im Anschluss an Ihre Präsentation bzw. an den sich anschließenden Fragenteil.
Den Einzelbewertungen der Arbeitspakete ist folgende Gewichtung zugeordnet:
AP1 20%; AP2 35%; AP3 35%; AP5 10%
Der so entstehende Mittelwert ist Ihre Belegnote, vgl. Tabelle 0.2, wobei der Gesamtbeleg noch einen negativen Einfluss von bis zu einem Notengrad haben kann, sofern gravierende Mängel vorliegen.
Die Belegnote ist gleichzeitig Ihre Note im Fach Konstruktion.
Konsultationen und Anmerkungen
Konsultationen finden in den ungeraden Wochen, donnerstags in der 3. UE, Raum 73/216 statt.
Anregungen und Kritik zu dieser Formatvorlage werden gern entgegengenommen und sind per Mail zu senden an [email protected] .
8
Aufgabenstellung
0.3 Wochen- und Zeitplan
Tabelle 0.1: Zeitplan zur Belegbearbeitung
Tag & Ort Jahr KWArbeitspaket
zur PräsentationBeleg-
gruppenBeleggruppe Uhrzeit
15 A1/B1 16:30 - 17:00
16 A2/B2 17:00 - 17:30
17 A3/B3 17:30 - 18:00
18 A A4/B4 18:00 - 18:30
19 B A5/B5 18:30 - 19:00
20
21
22
23 A
24 B
25 Lehrveranstaltungsende
26 A KW28, 12.07.2019
27 BAP3
Zeitplan
Belegvorstellung
Wochenplan
2019
Terminblockdonnerstags,5. und 6. UE,
73-217 Christi Himmelfahrt
AP1
AP2
Belegabgabe: 29.07.2019
0.4 Bewertungsübersicht
Tabelle 0.2: Bewertungsübersicht
AP1 (20%) AP2 (35%) AP3 (35%) AP4 (10%)Einfluss
GesamtbelegBelegnote
A1
A2
A3
A4
Beleg-gruppe
Noten
Beleg Konstruktion
9
Aufgabenstellung
0.5 Gestaltung der Kapitel
Inhalte der einzelnen Kapitel sollen sein:
- Erläuterung der grundlegenden Vorgehensweise
- Aussagekräftige Skizzen und Darstellungen hinsichtlich der Gestaltung der Konstruktionselemente
- Darlegung einiger Berechnungsschritte (Meilensteine), jedoch nicht der vollständigen Berechnung
- Tabellen und Diagramme
- Interpretation von Ergebnissen, Ableitung von Handlungsempfehlungen
- Erläuterung der durchgeführten Iterationen (auch kapitelübergreifend) und Hervorheben von Stellschrauben
- Erläuterung zum Optimierungsprozess (auch kapitelübergreifend)
Der Fließtextanteil sollte stark begrenzt sein. Sämtliche Berechnungen (Mathcad, Mathematica) sind dem Anhang beizufügen.
10
Aufgabenstellung
0.6 Bewertungskriterien
AP1: Vorbetrachtungen
Qualität des MathCAD-Files
Vollständigkeit der Anforderungsliste
AP2: Konzeption
Qualität der Konzepte und deren Bewertung nach VDI 2220
Gestalt und Darstellung der Herstellteile, Kraftfluss, Fertigungsverfahren etc.
Berücksichtigung der Anforderungen
Funktions- und Wirkstrukturen
AP3: Modellierung, Zeichnungssatz sowie Montage- und Betriebsanleitung
Modellierung im Baugruppenkontext mit Skelett- bzw. Adaptermethode
Korrekte 2D-Zeichnungsableitung der Baugruppe inkl. Stückliste
Nachvollziehbarkeit und Qualität der Montage- und Betriebsanleitung
AP4: Konstruktionskritische Analyse
Kritische Auseinandersetzung mit dem Ergebnis
Erarbeitung von Handlungsempfehlungen hinsichtlich einer möglichen Optimierung
Gesamtbeleg
Berücksichtigung und Einarbeitung der Kritik
Nutzung der Formatvorlage
Gesamteindruck
11
Vorbetrachtungen und Anforderungsliste
1 Vorbetrachtungen und Anforderungsliste
Abbildungsmaster
Abbildung 1.6: Kegelritzelwelle
Sie können die hier aufgeführte rahmenlose Tabelle samt Abbildung und Beschriftung kopieren und an eine neue Stelle einfügen. Anschließend ersetzen Sie die alte Abbildung durch eine neue. Die Beschriftung der Abbildung wird dann sowohl direkt als auch im Abbildungsverzeichnis aktualisiert (RMT, Felder aktualisieren).
12
Vorbetrachtungen und Anforderungsliste
1.1 Gliederungsebene 2, Überschrift 1
Überschriften der verschiedenen Gliederungsebenen können Sie ebenfalls über copy & paste an die entsprechenden Stellen einfügen. Alternativ dazu können Sie die Formatvorlagen oder die Funktion „Format übertragen“ verwenden.
1.2 Gliederungsebene 2, Überschrift 2
Text / Abbildungen / Tabellen
13
Konzeption
2 Konzeption
Text / Abbildungen / Tabellen
2.1 Gliederungsebene 2, Überschrift 1
Text / Abbildungen / Tabellen
2.1.1 Gliederungsebene 3, Überschrift 1
Text / Abbildungen / Tabellen
2.1.2 Gliederungsebene 3, Überschrift 2
Text / Abbildungen / Tabellen
14
Modellierung, Zeichnungsableitung sowie Montage- und Betriebsanleitung
3 Modellierung, Zeichnungsableitung sowie Montage- und Betriebsanleitung
Text / Abbildungen / Tabellen
3.1 Gliederungsebene 2, Überschrift 1
Tabellenmaster
Tabelle 3.3: Verzahnungstabelle (Auszug)
Sie können die hier aufgeführte rahmenlose Tabelle samt Inhalt und Beschriftung kopieren und an eine neue Stelle einfügen. Anschließend ersetzen Sie die alte Tabelle durch eine neue. Die Beschriftung der Tabelle wird dann sowohl direkt als auch im Tabellenverzeichnis aktualisiert (RMT, Felder aktualisieren).
3.2 Gliederungsebene 2, Überschrift 2
Formel-/Gleichungsmaster15
Modellierung, Zeichnungsableitung sowie Montage- und Betriebsanleitung
tan (δ 1)=sin (Σ)u+cos (Σ)
Gl. 3.1
Sie können die aufgeführte rahmenlose Tabelle samt Formel/Gleichung und Beschriftung kopieren und an eine neue Stelle einfügen. Anschließend können Sie die Formel bearbeiten und die Beschriftung aktualisieren (RMT, Felder aktualisieren).
16
Konstruktionskritische Analyse
4 Konstruktionskritische Analyse
Text / Abbildungen / Tabellen
17
Anhang
Anhang
A. Technische Zeichnungen
siehe Downloadseite
B. Gliederungsebene 1, Überschrift 2
Weitere Gliederungsebenen sind im Anhang nicht vorgesehen.
Text / Abbildungen / Tabellen
i
Symbol- und Indexverzeichnis
Symbol Einheit Bezeichnung
δ 1 rad Teilkegelwinkel des treibenden Rades
Σ rad Achsenwinkel
u −¿ Zähnezahlverhältnis
… … …
ii
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 0.1: Arbeitsraum einer Entgratungsmaschine / Welle vor der Entgratung
Abbildung 0.2: Kegelradwelle und Positionierhilfe
Abbildung 0.3: Auszug aus einer Anforderungsliste [PB04]
Abbildung 0.4: Hauptmerkmalsliste [PB04]
Abbildung 0.5: Gesamtfunktion (a) und Teilfunktionen (b) einer Prüfmaschine [PB04]
Abbildung 1.1: Kegelritzelwelle
iii
Tabellenverzeichnis
Tabelle 0.1: Zeitplan zur Belegbearbeitung
Tabelle 0.2: Bewertungsübersicht
Tabelle 3.1: Verzahnungstabelle (Auszug)
iv
Literaturverzeichnis
[PB04] Pahl, G.; Beitz, W.; Feldhusen, J.; Grote, K.-H.
Pahl/Beitz KonstruktionslehreSpringer–Verlag, 6, Berlin u.a., 2004
v