MMI Kap. 2.txt

Mechanische Energieleiter übertragen mechanische Energie über eine räumliche Distanz

• Energie übertragende Bauteile
• Lagerungen (Führungen) in Gehäusen oder Gestellen

• Art der Wirkbewegung
• Art der Wirkelemente
• Übertragung von...
• ...Drehmomenten
• ...Zug-,Druckkräften

• Zu inneren Beanspruchungen (Spannungen)
• Welche zu Verformungen des Bauteils führen

Sie sind schwingungsfähig

• Kritische Drehzahl unbedingt vermeiden
• Betrieb:
• unter oder überkritisch

• Biegekritische Drehzahl
• Drehkritische (torsionskrit.) Drehzahl

Lager (Führungen) sind Maschinenelemente, die eine definierte Bewegung von Wellen (Stößeln) erlauben und in anderen Richtungen Kräfte übertragen

• Nach Richtung der Kraftübertragung
• Radiallager RL: Kraftübertragung nur radial, Welle axial beweglich
• Axiallager AL: Kraftübertragung nur axial, Keine radiale Führung, man unterscheidet ein- und zweiseitige Axiallager
• Kombinierte Lager: Kraftübertragung radial und axial

• Fest-Los-Lagerung
• Stützlagerung

• Art der Lageranordnung: Fest-Loslagerung
• Lagerarten: 1 Festlager, 1 Loslager
• Vorteile: eindeutig, statisch bestimmt, Längsdehnung möglich, Standardlagerung
• Nachteile: -

• Art der Lageranordnung: Fest-Loslagerung
• Lagerarten: 1 zweiseitiges Axiallager, 2 Radiallager
• Vorteile: eindeutig statische bestimmt, Längsdehnung möglich, für große Axialkräfte
• Nachteile: aufwendiger durch 3 Lager

• Art der Lageranordnung: Stützlagerung
• Name: Schwimmende Lagerung
• Lagerarten: 2 Stützlager (Welle hat Spiel)
• Vorteile: einfache Konstruktion und Montage, keine axiale Toleranzforderungen
• Nachteile: ungenaue axiale Führung durch großes Axialspiel, nur für geringe Lagerabstände

• Art der Lageranordnung: Stützlagerung
• Name: Angestellte Lagerung
• Lagerarten: 2 Stützlager (Lager gegeneinander mit Spiel s=0 eingestellt)
• Vorteile: spielfrei und steif, hohe Kraftübertragung
• Nachteile: aufwendige Montage durch Lagereinstellung, Überlastung bei Wärmedehnung der Welle

• Art der Lageranordnung: Stützlagerung
• Name: Federnd vorgespannte Lagerung
• Lagerarten: 2 Stützlager (gegeneinander federnd vorgespannt)
• Vorteile: grundsätzlich spielfrei, hohe Axialkraftübertragung in einer Richtung
• Nachteile: immer Lagerreibung, keine Axialkraftübertragung gegen Feder

eindeutige Kraftaufnahme bei definierter Beweglichkeit

• Trockengleitlager: Gleitbuchsen zw. Welle und Gehäuse
• Wälzlager: Wälzkörper (Kugel, Tonnen, etc.)
• Hydrostatische oder hydrodynamische Gleitlager: Öl als tragendes Zwischenmedium
• Luftlager: rotierende Welle läuft auf Luftpolster
• Magnetlager: Welle läuft berührungslos in Magnetfeld

Mechanische Umformer (Getriebe) formen mechan. Kraft-& Bewegungsgrößen in einem Antriebsstrang in andere mechan. Kraft-& Bewegungsgrößen um

• Art der Ein- und Ausgangsgrößen hinsichtlich
• Bewegungsart (Translation, Rotation, Kombination)
• Bewegungsform (Kontinuierlich, schwenkend, oszillierend)
• Funktion als Transformation der Eingangs- in die Ausgangsgrößen

• Verhältnis zw. Eingangs- zur Ausgangsbewegungsgröße

• gleichförmig übersetzend: konstante Übersetzung i=f(Konstanten), z.B. Kettentrieb
• ungleichförmig übersetzend: veränderliche Übersetzung i=f(Variablen), z.B. Kurbelschwinge

Durch in Reihe schalten mechan. Umformer (Teilfunktionen)

• Art der Kraftübertragung von einem auf ein anderes Glied
• Formschluss i=f(geometr. Größen)
• Reibkraftschluss i=f(geometr. Größen, Schlupf)

• Bei formschlüssigem Getriebe bewegungstreu
• Bei reibschlüssigem Getriebe nicht

Relativbewegung zwischen antreibendem und angetriebenem Getriebeglied, die zu einer Reduzierung der "Übertragungsschwindigkeit" führt

• Reduzierung auf Gleider und Gelenke
• Anzahl der Glieder relevant

• abstrahierte Darstellungen mechan. Bauteile
• starr und masselos
• unterschieden nach Anzahl der Gelenke, die ein Glied enthält: ortsfeste Glieder werden z.B. als Gestell bzw. Gestellglieb bezeichnet

• Im Betrieb relativ zueinander Bewegliche Kopplungen
• Unterschieden nach Anzahl und Art der Relativbewegungen, welche die gekoppelten Glieder ausführen können

• Auftreten von Massenkräften beeinflusst Anfahr- und Abbremsvorgänge
• Massenträgheiten "verbrauchen" einen Teil der Eingangsleistung

• Wirkungsgrad, da es Verluste durch Reibung, Schlupf, Luftwiderstand etc.

• Liegt vor, wenn sich ein System bei Umkehrung der Kraftrichtung nicht mehr bewegen lässt
• Durch Reibung, etc

• Abtrag von Partikeln in einer reibbeanspruchten Zone
• =>Änderung der Fein-/Grobgeometrie
• =>Änderung der Sollbewegung
• =>Klopfen, Schlagen
• =>Versagen

Rädergetriebe übertragen Kraft- und Bewegungsgrößen mit Rädern und/oder Stangen (r=unendlich)

• Art der Radpaarung:
• Stirnrad-Stirnrad
• Stirnrad-Stange
• Stirnrad-Hohlrad
• Lage der Achsen der An- und Abtriebsräder:
• Parallele Achsen
• Sich schneidende Achsen
• Sich kreuzende Achsen

• Übertragen Drehmomente bewegungstreu, d.h. ohne Schlupf durch Normalkräfte zw. den Zähnen
• hoher Wirkungsgrad

• Vorteile: einfache Herstellung
• Nachteile: kleine Umfangsgeschwindigkeiten, keine Axialkraft, weniger laufruhig

• Vorteile: hohe Tragfähigkeit, hohe Umfangsgeschwindigkeiten, niedriger Geräuschpegel (kontinuirlicher Zahneingriff), Axialkräfte
• Nachteile: aufwendigere Herstellung

• Stirnradgetriebe
• Ritzel-Zahnstangengetriebe
• Hohlradgetriebe
• Kegelradgetriebe
• Schneckenradgetriebe
• Schraubgetriebe

• Innenverzahnung: teuer, eingeschränkte Herstellmöglichkeiten, kinematische Probleme bei kleinen Unterschieden der Zähnezahl
• Einsatz: Planetengetriebe

• Vorteile: Hoher Wirkungsgrad
• Nachteile: aufwendige Fertigung, axiale Einstellbarkeit nötig (meist fliegende Anordnung)
• Konstruktion: wgn. fliegender Anordnung (Kragbalken) Lagerung dicht am Ritzel/Rad

• Vorteile: hohe Tragkräfte, große Übersetzungen, Selbsthemmung möglich, geräuscharm
• Nachteile: niedrige bis mittlere Schneckendrehzahl, geringer Wirkungsgrad bei selbsthemmenden Getrieben

• Nachteile: kleine Drehmomente, große Reibungsverluste

• Vorteile:
• bewegungstreu
• breiter Einsatzbereich von Mikroverzahnung bis Höchstleistungsgetrieben
• kleine Baugröße (Leistungsdichte)
• hoher Wirkungsgrad bei Stirn- und Kegelradgetrieben mit entsprechender Schmierung

• Nachteile:
• starre Kraftübertragung
• Stöße beim Zahneingriff regen Schwingungen an (Rattermarken)

• auch Reibradgetriebe genannt
• nicht bewegungstreu
• erfordern große Anpresskraft
• hauptsächlich aus Sicherheitsgründen verwendet
• oder zur stufenlosen Verstellbarkeit

• Vorteile:
• stufenloas verstellbar
• geräuscharm
• hohe Umfangsgeschwindigkeiten
• Nachteile:
• Schlupf
• Verschleiß
• Erwärmung der Reibzone durch Reibarbeit
• Bei Überlast Gleitschlupf (Rillenbildung,...)
• kleine Leistungen
• niedrigere Wirkungsgrade als Zahnraggetriebe
• hohe Anpresskräfte

• mechanische gefertigte Kurve überträgt Bewegung zw. An- und Abtriebsglied
• i. A. dreigliedrige Getriebe mit zweiwertigem (Kurven-)Gelenk

• Schraubgetriebe
• Kurvenscheibengetriebe
• Kulissengetriebe

• Vorteile: Einfache Fertigung, Gewinde genorme, große Auswahl, je nach Ausfertigung selbsthemmend/ -lösend
• Nachteile: Geringer Wirkungsgrad bei Schraubgelenken mit Gleitpaarung

Eine aufs Antriebsglied aufgebrachte Kurve definiert Bewegungsablaug und zwingt Abtriebsglied formschlüssig auf definierte Bahn

Bei negativer Steigung kann Abtriebsgleid abheben, vor allem bei hoher Geschwindgkeit

• Kurvengetriebe mit Rollenstößel
• Kurvengetriebe mit Schwinge
• Trommelkurvengetriebe mit Schwinge

• Vorteile: sehr hohe Genauigkeit, hohe Geschwindigkeiten, komplizierte Bewegungsabläufe, Wirtschaftliche Fertigung der Kurvenscheiben
• Nachteile: Massenausgleich wegen Unwuchten bei hohen Drehzahlen, Gleitpaarungen nur für untergeordnete Anwendungsfälle, Aufwand für Rückstellung

• Im einfachsten Fall dreigliedrig
• An- und Abtriebsglied über Kulisse (zweiwertiges Gelenk) verbunden
• definierte Bewegungsabläufe realisierbar

• Kurbelschleifengetriebe
• Kreuzschleifengetriebe
• Keilgetriebe
• Hebelgetriebe

• Vorteile: Meist einfache Herstellung (z.B. Langlöcher)
• Nachteile: Wechsel der Führungsbahn kann zu Schlägen zw. Kulisse und Abtriebsbolzen kommen

• auch Zugmittelgetriebe genannt
• übertragen Drehmomente und -bewegungen zw. zwei oder mehr Wellen über kraftübertragendes Zugmittel

• Unterschiedliche Belastung des Zugmittels zwischen beiden Rollen (wegen Seilkraft zur Übertragung des Drehmomentes und Fliehkraft am Zugmittel im Umlenkbereich)
• => Vorspannung zur Erhöhung von Laufruhe und Lebensdauer

• Führungsglieder oder Bordscheiben

• Je nach Stellung des Zahnrades ergibt sich eine andere Geschwindigkeit des eingreifenden Kettengliedes und ein veränderlicher wirkender Radius des Zahnrades!
• Die Kette wird durch die Geschwindigkeitspulsation zu Längs- und durch den veränderlichen, wirkenden Radius zu Querschwingungen angeregt!

• niedrigere Drehzahlen und Umfangsgeschwindigkeiten
• Dämpfungseinrichtungen anbringen (z.B. Gleitleisten)

• Drückt den Polygoneffekt aus, sprich:
• die veränderliche Geschwindigkeit und veränderlichen, wirkenden Radius

• Rollenkette kann bei höheren Geschwindigkeiten genutzt werden!

• Vorteile: Hohe Drehmomente und Leistungen, Längselastizität mildert Betriebsstöße
• Nachteile: Nur mittlere Geschwindigkeiten (Polygoneffekt), Kettendämpfer erforderlich, Kettenlängung kann zu Überspringen führen, Nachschmieren erforderlich

• haben kaum Polygoneffekt (elastische Verformung statt starrer Glieder)
• geringe Fliehkräfte
• Bordscheiben erforderlich
• hohe Drehzahlen

• Vorteile: mittl. Drehmomente und Leistungen bei hoher Geschwindigkeit, Phasentreue Bewegungsübertragung, wartungsfrei, bei beiseitiger Verzahnung auch Vielwellenantriebe, geringe Massenträgheiten
• Nachteile: Zahneingriffsgeräusche bei hohen Drehzahlen und Leistungen, geringer Betriebstemperaturbereich (-40°C - 80°C)

• Kraftübertragung durch Riemen auf Prinzip der Seilreibung
• Mindestvorspannkraft erforderlich
• Seilkräfte im Lastrum und Leertrum unterschiedlich

• Differenz zwischen Kräften im Lastrum und Leertrum wird übertragen:

• Gleitschlupf
• => hohe Wärmeentwicklung
• => Verschleiß
• => Versagen

• Leertrum oben anordnen => Umschlingungswinkel wird erhöht
• Spannrolle:
• im Leertrum anordnen
• drückt nach Innen=> Erhöhung des Umschlingungswinkel

• Flachriemen: Höchste Drehzahlen, Verbundwerkstoff, geringer Verschleiß, Riemenscheiben werden ballig ausgeführt
• Keilriemen: Hohe Übertragungsfähigkeit, hohe Zugkraftaufnahme, hohe reibkrafterzeugung durch keilwirkung, kleine Riemenbreiten

• Vorteile:
• einfach und preiswert
• höchste Umfangsgeschwindigkeiten
• mittlere Leistungen
• Mehrwellenantriebe möglich
• für konst. und stufenlose Übersetzung geeignet
• hohe Wirkungsgrade (Flachriemen)
• kleine Riemenscheiben möglich (Flachriemen)
• Nachteile:
• nichts bewegungstreu
• hohe Lagerkräfte durch Vorspannung
• Vorspannung bedeutet Zusatzaufwand
• geringer Wirkungsgrad und größere Riemenscheibendurchmesser bei Keilriemen

• viergliedrig
• besteht aus Gliedern, die durch Dreh- oder Schubgelenke verbunden sind
• nicht mit Gehäuse verbundenes Glied heißt Koppel
• ungleichmäßige Übersetzung

• Kurbelschwinge
• Kurbeltrieb (Schubkurbel)
• Kniehebelgetriebe
• Schubschwinge (Hebelgetriebe)

• Vorteile:
• Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten durch Variation der Anzahl, Abmeesungen, Relativbewegungen der Gleider und Anordnung der Gelenke
• Einfache Herstellbarkeit wegen einfacher Gelenke
• Hohe Beanspruchbarkeit
• Strecklagen ermöglichen Spannvorrichtungen mit hohen Spannkräften
• Nachteile:
• Nichtlineare Bewegungstransformation
• Starres nicht oder kaum veränderliches Übersetzungsverhältnis
• komplizierte Bewegungsabläufe (immer häufiger durch mechatronische Achsen ersetzt)

Speichern Energie und geben sie in Form von Arbeit ab oder nehmen sie auf

• Betireb von Systemen unabhängig von stationären Energiequellen
• Ausgleich von Lastspitzen
• Aufnahme von momentan nicht benötigter Arbeit

Energienetz

• Maß für die im Energiespeicher gespeicherte zu entnehmende Arbeit
• f(konstruktive Zustandsgrößen)

• E_theor gibt gesamt gespeicherte bzw. maximal zu speichernde Energie ohne Verluste an
• E_techn gibt maximal zu entnehmende Energie aus Speicher unter Berücksichtigung von Verlusten an
• E_prakt gibt die im praktischen Betrieb üblich gewonnene Energie an

• Hauptspeicher: Treibt System an, laden durch seperates TS in Ladevorgang
• Zwischenspeicher: Laden und Entladen des Zwischenspeichers während des Betriebes des techn. Systems

• Unterscheidung nach Funktion: Reversibilität der Energiespeicherung, Art der beim Laden aufgenommenen oder beim Entladen abgegebenen Arbeit
• Unterscheidung nach dem Wirkprinzip: Energiespeicher mit gespeicherter potentieller Energie nutzen stoffliche Eigenschaften, Energiespeicher mit gespeicherter kinetische Energie beruhen auf Prinzip, das bewegte Körper kinetische Energie besitzen

• potentielle Energie eines Körpers wird genutzt

• Nutzt kinetische Energie eines translatorisch bewegten Körpers

• Nutzt kinetische Energie eines rotatorisch bewegten Körpers

• Nutzt Elastizität fester Körper

• Nutzen Kompressibilität von Gasen
• Druckgasspeicher
• Kolben- oder Membranspeicher

• speichert Druckgas, das beim Entspannen Druck- oder Strömungsarbeit abgibt

• speichert Druckgas, dessen Energieinhalt sie beim Entspannen über Membran auf Stößel oder Kolben abgeben

• besteht aus 2 durch Dielektrikum getrennte Metallelektroden
• speichert Energie im el. Feld

• Galvanische Elemente, die auf elektrochem. Weg Spannung erzeugen und Arbeit abgeben können

• Primärzelle: Batterien, chem. Reaktion irreversibel
• Sekundärzelle: Akkumulatoren, chem. Reaktion reversibel