Maschinenelemente I (ME I)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Machine Elements I)

Lehrveranstaltungen:

• • Übungen zu Maschinenelemente I
    (Übung, 2 SWS, Michael Jüttner)
  • Vorlesung Maschinenelemente I
    (Vorlesung, 4 SWS, Marcel Bartz, Mi, 12:15 - 13:45, H7; Do, 8:30 - 10:00, H11)

Empfohlene Voraussetzungen:

• Technische Darstellungslehre I

• Statik und Festigkeitslehre

Inhalt:

Einführung

• Maschinenelemente

• Einordnung in die Konstruktionstechnik

• Einordnung in den Produktlebenszyklus

• Lehrziele
  

Einführung in die Produktentwicklung

• Synthese und Analyse als zentrale Aufgaben der Produktentwicklung

• Vorgehensmodelle zur methodischen Unterstützung des
  

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

• Typische Versagenskriterien von Maschinenelementen

• Festigkeitslehre

• Bauteildimensionierung und Festigkeitsnachweis

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:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:

1. Mechatronik (Bachelor of Science): 3. Semester
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Mechatronik (Bachelor of Science) | Mechatronik (Studienbeginn ab 01.10.2020) | Gesamtkonto | Maschinenelemente 1)
2. 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