Probeseiten herunterladen - Plantyn

Klaus Hengesbach, Jürgen Lehberger,
Detlef Müser, Georg Pyzalla, Walter Quadflieg,
Werner Schilke, Holger Stahlschmidt
Zerspanungsmechanik
Lernfelder 1 bis 13
Prozesswissen
Lernsituationen
Aufgaben
1. Auflage
Lernfeldübergreifende
Aufgaben
Lernsituationen
1 bis 13
Lernfeldorientierte
Aufgaben
Kurs Techn. Mathematik
Bestellnummer 55310

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Autoren und Verlag freuen sich auf Ihre Rückmeldung.
Informationen zur beiliegenden DVD – Zerspanungsmechanik Lernfelder 1 bis 13
Prozesswissen
Auf der DVD sind Zusatzmaterialien zusammengestellt, mit denen die im Buch vorgestellten
Themen und Informationen ergänzt werden können.
• Programme zum Planen, Berechnen und Simulieren ergänzen und vertiefen Themenbereiche
aus dem Fachbuch, z. B.:
Auswahl von Bohrern, Gewindebohrern und Fräsern
Bestimmung von Schnittwerten (Firma TITEX-PLUS Präzisionswerkzeuge Günther & Co)
Fräsen mit dem Messerkopf (Firma Fette GmbH)
CNC-Programmierung mit Heidenhainsteuerung ITNC530 (Demo-Version)
(Firma Dr. Johannes Heidenhain GmbH)
FluidSIM Pneumatik (Demo-Version)
Software zum Entwickeln, Zeichnen und Simulieren von pneumatischen und elektropneumatischen
Schaltungen (Firma FESTO)
• Videos und Präsentationen aus unterschiedlichen Bereichen veranschaulichen Planungs-
und Produktionsprozesse, z. B.:
Fräserspannsysteme (Firma Schunk GmbH & Co KG)
Simulation der CNC-Bearbeitung eines „Deckels“ (Firma SL-Automatisierungstechnik)
Planparalleles Läppen (Firma Stähli Läpptechnik GmbH)
• Firmenunterlagen und Katalogauszüge dienen zur Ergänzung von Datensammlungen,
zur Auswahl von Fertigungskenngrößen, als Unterlagen für Konstruktionen und Bestellungen.
Zugangsadressen zum Internet ermöglichen direkten Kontakt zu den Firmen, die im
Bereich Zerspanungsmechanik zu den führenden Unternehmen zählen.
• Endergebnisse zum Kurs „Technische Mathematik“
www.bildungsverlag1.de
Bildungsverlag EINS GmbH
Sieglarer Straße 2, 53842 Troisdorf
ISBN 978-3-427-55310-6
© Copyright 2010: Bildungsverlag EINS GmbH, Troisdorf
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eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und
sonstigen Bildungseinrichtungen.

Hinweise für den Benutzer
Das Lernpaket „Lernfelder Metalltechnik Zerspanungsmechanik“ besteht aus zwei Büchern:
• „Zerspanungsmechanik, Lernfelder 1 bis 13, Grund- und Fachwissen“ (55300)
• „Zerspanungsmechanik, Lernfelder 1 bis 13, Prozesswissen“ (55310)
Das vorliegende Buch „Prozesswissen“ enthält im ersten Teil Lernsituationen zu folgenden
Lernfeldern:
LF 1: Fertigen von Bauelementen mit handgeführten Werkzeugen
LF 2: Fertigen von Bauelementen mit Maschinen
LF 3: Herstellen von einfachen Baugruppen
LF 4: Instandhalten (Warten) technischer Systeme
LF 5: Herstellen von Bauelementen durch spanende Fertigungsverfahren
LF 6: Warten und Inspizieren von Werkzeugmaschinen
LF 7: Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme
LF 8: Programmieren und Fertigen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen
LF 9: Herstellen von Bauelementen durch Feinbearbeitungsverfahren
LF 10: Optimieren des Fertigungsprozesses
LF 11: Planen und Organisieren rechnergestützter Fertigung
LF 12: Vorbereiten und Durchführen eines Einzelauftrags
LF 13: Organisieren und Überwachen von Fertigungsprozessen in der Serienfertigung
Im zweiten Teil des Buches „Prozesswissen“ befinden sich zur Ergänzung,
Vertiefung und Übung der Lerninhalte sowohl lernfeldorientierte als auch
lernfeldübergreifende Übungsaufgaben. Im Buch „Fachwissen" wird auf
diese Aufgaben in den entsprechenden Kapiteln verwiesen.
Der dritte Teil des Buches „Prozesswissen“ enthält einen Kurs „Technische
Mathematik“ mit Informationen und Übungsaufgaben.
Dem Buch „Prozesswissen" ist eine DVD mit ergänzenden Inhalten beigelegt
(Infos dazu siehe Seite 2 in diesem Buch).
Das zugehörige Buch „Grund- und Fachwissen“ unter der Bestellnummer
55300 enthält das zur Bearbeitung der Lernsituationen in den 13 Lernfeldern
erforderliche Fachwissen. Das Buch ist ebenfalls nach den 13 Lernfeldern
geordnet.
Lernfeldübergreifende Themen sind:
• Prüftechnik,
• Werkstofftechnik,
• Elektrotechnik
• Technische Kommunikation
Einige Lernfelder sind entsprechend ihrer inhaltlichen Akzentuierung zusammenhängend dargelegt
(z.B. LF 2 und LF 5).
„Unterrichtsbegleitmaterial" auf CD-ROM erhält der Lehrer unter der Bestellnummer 55311 mit:
– Didaktischen Hinweisen für den Unterricht,
– Handlungssituationen zu den einzelnen Lernfeldern,
– Lösungsbeispielen zu den Lernsituationen,
– Lösungen zu den Übungsaufgaben,
– Vorlagen für Folien bzw. für den Einsatz mit einem Beamer.

Lernsituationen zu den Lernfeldern LF 1 bis LF 13
Handlungsstrukturen – Handlungssituation – Lernsituation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
LF 1
Fertigen von Bauelementen mit handgeführten Werkzeugen
1.1 Lernsituation: Fertigen eines Keils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 Lernsituation: Fertigen einer Lehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3 Lernsituation: Biegen einer Rohrschelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Lernsituation: Fertigen eines Ablaufblechs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
LF 2
Fertigen von Bauelementen mit Maschinen
2.1 Lernsituation: Fertigen eines Bolzens auf der Drehmaschine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2 Lernsituation: Fertigen eines Schiebers auf der Fräsmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Lernsituation: Fertigen einer Kreuzscheibenkupplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
LF 3
Herstellen von einfachen Baugruppen
3.1 Lernsituation: Montieren einer Vorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Lernsituation: Entwickeln einer Steuerung für eine Spannvorrichtung . . . . . . . . . . . . 19
3.3 Lernsituation: Entwickeln einer Steuerung für eine Abfüllanlage . . . . . . . . . . . . . . . . 20
LF 4
Instandhalten (Warten) technischer Systeme
4.1 Lernsituation: Warten einer Fräsmaschine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
LF 5
Herstellen von Bauelementen durch spanende Fertigungsverfahren
5.1 Lernsituation: Planen der Fertigung eines Aufnahmebolzens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.2 Lernsituation: Planen der Fertigung einer Klauenkupplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.3 Lernsituation: Planen der Fertigung einer Getriebewelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
LF 6
Warten und Inspizieren von Werkzeugmaschinen
6.1 Lernsituation: Instandsetzen des Planschlittens
einer Leit- und Zugspindel-Drehmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
6.2 Lernsituation: Erstellen eines Wartungs- und Inspektionsplans
für eine Räummaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
LF 7
Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme
7.1 Lernsituation: Inbetriebnehmen einer Rüttelvorrichtung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
7.2 Lernsituation: Inbetriebnehmen einer Klebepresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
LF 8
Programmieren und Fertigen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen
8.1 Lernsituation: Simulation und Bewertung der Drahtbahn für ein Bauteil . . . . . . . . . . 34
8.2 Lernsituation: Fertigen eines Kupplungsflanschs auf einer CNC-Drehmaschine . . . . . 35
8.3 Lernsituation: Fertigen eines Exzenterhebels auf einer CNC-Fräsmaschine . . . . . . . . . 36
8.4 Lernsituation: Programmieren einer Steuerkurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
LF 9
Herstellen von Bauelementen durch Feinbearbeitungsverfahren
9.1 Lernsituation: Planen der Schleifbearbeitung von Dichtscheiben . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
9.2 Lernsituation: Planen der Schleifbearbeitung von Führungsbuchsen . . . . . . . . . . . . . . 40
9.3 Lernsituation: Planen der Feinbearbeitung von Distanzbuchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
9.4 Lernsituation: Planen der Feinbearbeitung von Pleuelstangen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

LF 10
Optimieren des Fertigungsprozesses
10.1 Lernsituation: Gestalten des Fertigungsprozesses für eine Schieberverriegelung . . . . 43
10.2 Lernsituation: Optimieren des Rüstvorgangs zur Fertigung einer Laufbuchse . . . . . . 45
LF 11
LF 12
Planen und Organisieren rechnergestützter Fertigung
11.1 Lernsituation: Programmieren einer Exzenterscheibe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
11.2 Lernsituation: Programmieren eines Handhabungsroboters (Drehteil) . . . . . . . . . . . . 49
11.3 Lernsituation: Programmieren eines Handhabungsroboters (Frästeil) . . . . . . . . . . . . . 50
Vorbereiten und Durchführen eines Einzelauftrags
12.1 Lernsituation: Planen der Fertigung einer Backenführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
12.2 Lernsituation: Fertigen eines Spreizenhalters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
12.3 Lernsituation: Fertigen eines Schwenkgetriebegehäuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Inhaltsverzeichnis
LF 13
Organisieren und Überwachen von Fertigungsprozessen in der Serienfertigung
13.1 Lernsituation: Feststellen der Maschinenfähigkeit für einen Drehautomaten . . . . . . . 54
13.2 Lernsituation: Feststellen der Maschinenfähigkeit
mithilfe der Wahrscheinlichkeitsgeraden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Lernfeldorientierte Aufgaben LF 1–13
LF 1: Fertigen mit handgeführten
Werkzeugen
Einteilung der Fertigungsverfahren . . . . . 57
Vorbereitende Arbeiten zur Fertigung
von Werkstücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Verfahren des Trennens . . . . . . . . . . . . . . . 58
Spanen von Hand und mit einfachen
Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Fertigungsverfahren des Urformens . . . . . 65
Fertigungsverfahren des Umformens . . . . 68
LF 2 + 5: Fertigen mit Werkzeugmaschinen
Fertigen auf Werkzeugmaschinen . . . . . . . 71
Fertigen durch Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Fertigen durch Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Kühlschmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Arbeitssicherheit und Unfallschutz
und Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
LF 3: Herstellen von einfachen Baugruppen
Fügen von Baugruppen . . . . . . . . . . . . . . . 108
Funktionseinheiten technischer
Teilsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Festigkeitsberechnungen
von Bauelementen . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
LF 4 + 6: Instandsetzen technischer Systeme
Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Schmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Ergänzen, Nachstellen und Auswechseln . 128
Systembeurteilung durch Inspektion . . . . . 129
Maschinenschaden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Korrosion und Korrosionsschutz . . . . . . . . 130
Instandsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Wartungsanleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
LF 7: Inbetriebnehmen steuerungstechnischer
Systeme
Grundlagen der Steuerungstechnik . . . . . 132
Grundlagen für pneumatische
Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Schaltpläne in der Pneumatik . . . . . . . . . . 139
Pneumatische Steuerungen . . . . . . . . . . . . 141
Elektropneumatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Hydraulik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Inbetriebnahme, Wartung und Fehlersuche
bei Steuerungen . . . . . . . . . . . . . 150

LF 8 + 11: Fertigen mit Computerunterstützung
Grundlagen der CNC-Programmierung . . 154
Programmieren von CNC-Drehmaschinen 159
Programmieren von CNC-Fräsmaschinen . 163
3D-Digitalisierung von realen Objekten . . 170
CAD/CAM-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
LF 9: Herstellen von Bauelementen durch
Feinbearbeitungsverfahren
Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Honen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Läppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Flachschleifen mit Planetenkinematik . . . . 177
Präzisions-Hartdrehen . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Hochgeschwindigkeitsfräsen . . . . . . . . . . . 178
Glattwalzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Funkenerosives Abtragen . . . . . . . . . . . . . . 178
Polieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
LF 13: Organisieren und Überwachen von
Fertigungsprozessen in der Serienfertigung
Fertigungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Industrieroboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Qualitätsmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Statistische Auswertung von Messungen
zur Untersuchung der Maschinenund
Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 186
Prozessüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Lernfelübergreifende Aufgaben
Prüftechnik
PT-1 bis PT-65
Grundbegriffe der Prüftechnik . . . . . . . . . . 190
Prüfen von Längen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Prüfen von Winkeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Prüfen der Rauheit von Oberflächen . . . . 195
Messabweichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Auswahl von Prüfverfahren
und Prüfgeräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
Passungen und Prüfen von Passmaßen . . . 196
Form- und Lagetoleranzen . . . . . . . . . . . . . 198
Messmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Werkstofftechnik
WT-1 bis WT-101
Eigenschaften der Werkstoffe . . . . . . . . . . 201
Aufbau metallischer Werkstoffe . . . . . . . . 202
Stähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Legierte Stähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Sinterwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Verbundwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Werkstoffprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
Elektrotechnik
ET-1 bis ET-71
Wirkungen und Einsätze
elektrischer Energie . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . 213
Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Schaltzeichen für elektrische Bauelemente
und Schaltpläne . . . . . . . . . . 218
Maßnahmen zur Unfallverhütung . . . . . . . 218
Elektrische Antriebstechnik . . . . . . . . . . . . 219
Technische Kommunikation TK-1 bis TK-27
Technisches Zeichnen . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Technische Informationsquellen . . . . . . . . 234
Kurs Technische Mathematik
1 International festgelegte Vorsätze für
gesetzliche Einheiten . . . . . . . . . . . . . . 236
2 Zahlen in Potenzschreibweise . . . . . . . 236
3 Längeneinheiten und ihre Umrechnung 237
4 Berechnung von Werkstückumfängen 238
5 Berechnung von Teilungen . . . . . . . . . 240
6 Berechnung von Winkelmaßen
mit Umrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
7 Winkel in technischen Konstruktionen 242
8 Dreisatz mit geradem und
umgekehrtem Verhältnis . . . . . . . . . . . 243
9 Prozentrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
10 Berechnung von rechtwinkligen
Dreiecken mit dem Lehrsatz
des Pythagoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
11 Proportionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
12 Maßstäbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
13 Strahlensätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
14 Winkelfunktionen in rechtwinkligen
Dreiecken . . . . . . . . . . . . . . . 249
15 Umstellen von Formeln . . . . . . . . . . . . 251
16 Flächeneinheiten und
ihre Umrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
17 Berechnung von geradlinig
begrenzten Flächen . . . . . . . . . . . . . . . 254
18 Berechnung von Kreisflächen
und Ellipsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
19 Volumeneinheiten und
ihre Umrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
20 Volumenberechnung von Säulen . . . . 258

21 Volumenberechnung von Kegel, Pyramide,
Kegel- und Pyramidenstumpf . . 260
22 Masseeinheiten und ihre Umrechnung 261
23 Dichte und ihre Einheiten . . . . . . . . . . 261
24 Masseberechnung von Werkstücken . 262
25 Kraft und ihre Einheiten . . . . . . . . . . . 263
26 Reibungskräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
27 Drehmoment und seine Einheiten . . . 265
28 Hebelgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
29 Auflagerkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
30 Gleichförmige Geschwindigkeit
auf beliebiger Bahn . . . . . . . . . . . . . . . 269
31 Gleichförmige Geschwindigkeit
auf kreisförmiger Bahn . . . . . . . . . . . . 271
32 Temperatureinheiten und
ihre Umrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
33 Längenänderung bei Temperaturschwankungen
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
34 Zugbeanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . 274
35 Druckbeanspruchung . . . . . . . . . . . . . . 275
36 Flächenpressung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
37 Scherbeanspruchung . . . . . . . . . . . . . . 277
38 Mechanische Arbeit mit Einheiten
und Umrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
39 Wirkungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
40 Einfache Maschinen I:
Rollen und Flaschenzug . . . . . . . . . . . . 280
41 Einfache Maschinen II:
Geneigte Ebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
42 Einfache Maschinen III:
Keile und Gewindespindeln . . . . . . . . 283
43 Mechanische Leistung mit Einheiten
und Umrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
44 Druck mit Einheiten und Umrechnung 285
45 Druckausbreitung und Kolbenkraft . . 285
46 Hydrostatischer Druck (Schweredruck) 287
47 Volumenstrom, hydraulische Leistung 288
48 Atmosphärischer Druck,
absoluter Druck, effektiver Druck . . . . 289
49 Zustandsänderung von Gasen –
Gesetz von Boyle-Mariotte . . . . . . . . . . 289
50 Widerstandsberechnung
in elektrischen Leitern . . . . . . . . . . . . . 291
51 Ohmsches Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
52 Reihenschaltung von Widerständen . . 293
53 Parallelschaltung von Widerständen . 294
54 Elektrische Leistung
und elektrische Arbeit . . . . . . . . . . . . . 295
Test I: Gemischte Aufgaben
(nach einem Ausbildungsjahr) . . . . 296
Test II: Gemischte Aufgaben
(nach drei Ausbildungsjahren) . . . . 298
Inhaltsverzeichnis

10 1.1 Lernsituation Fertigen eines Keils
Lernsituation
Lernfeld 1
Fertigen von Bauelementen mit handgeführten Werkzeugen
1.1 Lernsituation
Fertigen eines Keils
Situation:
Für eine Bohrvorrichtung ist ein Keil aus
C45 mit 8° Steigung anzufertigen. Als
Rohteil soll gezogenes Flachmaterial verwendet
werden.
Auftrag analysieren
1.1 Welche Funktion hat der Keil in der Vorrichtung?
1.2 Wie wird der Keil im Einsatz beansprucht?
1.3 Welche Probleme können bei längerem Einsatz auftreten und wie kann ihnen vorgebeugt
werden?
2. Fertigung planen
2.1 Ermitteln Sie die Rohteilmaße des zu verwendenden Flachmaterials.
2.2 Geben Sie die Reihenfolge der Fertigungsschritte und die jeweils zu verwendenden
Werkzeuge und Hilfsmittel an. Fertigen Sie dazu eine Tabelle an.
2.3 Welchen Zeitraum setzen Sie etwa für die Herstellung des Keils an?
3. Fertigen
3.1 Zeichnen Sie das Rohteil im Maßstab 1:1 und tragen Sie die Werkstückkontur ein.
3.2 Wie kontrollieren Sie bei der Bearbeitung den Radius R3?
4. Kontrollieren und bewerten
Welche Maße sind besonders zu kontrollieren? Begründen Sie Ihre Entscheidung.

20 3.3 Lernsituation Entwickeln einer Steuerung für eine Abfüllanlage
3.3 Lernsituation
Entwickeln einer Steuerung für eine Abfüllanlage
Lernsituation
Situation:
An einer Dosieranlage soll der Sperrschieber am Auslauf des Vorratsbehälters auf Knopfdruck
hin so betätigt werden, dass der Behälter geöffnet wird und Material in das Gefäß
auf der Waage fällt. Sobald das gewünschte Gewicht erreicht ist, soll der Schieber den
Behälter selbsttätig schließen.
Entwickeln Sie eine geeignete Schaltung zur Steuerung des Sperrschiebers.
1. Auftrag analysieren
1.1 Beschreiben Sie die Arbeitsweise der Vorrichtung.
1.2 Welche Fehlbedienungen der Anlage müssen durch geeignete Schaltungsmaßnahmen
ausgeschlossen werden?
2. Montage planen
2.1 Legen Sie im Technologieschema die Stellen fest, an denen Sensoren anzubringen
sind.
2.2 Stellen Sie einen Logikplan für das Öffnen und Schließen des Sperrschiebers auf.
2.3 Entwerfen Sie die Schaltung. Testen Sie die Schaltung mit einem Simulationsprogramm.
3. Steuerung ausführen und überprüfen
Bauen Sie die Schaltung auf einem Pneumatikstand auf und überprüfen Sie die Funktion.

Lernfeld 6 Warten und Inspizieren von Werkzeugmaschinen 27
6.2 Lernsituation
Erstellen eines Wartungs- und Inspektionsplans für eine Räummaschine
Situation:
Ihre Firma konnte eine gebrauchte Räummaschine zur Bearbeitung
von Innenprofilen ersteigern.
Lernsituation
Folgende Tätigkeiten sind bereits abgeschlossen:
Die Kontrolle der Maschinenlieferung fand statt.
Offensichtliche Defekte liegen nicht vor.
Der optische Gesamtzustand ist zufriedenstellend.
Die Maschine wurde äußerlich gereinigt, der Betriebszustand
hergestellt und die Funktion geprüft.
Mittels einer Arbeitsprobe wurde die Genauigkeit überprüft;
sie ist für die zukünftige Produktion vollkommen ausreichend.
Annahme- und Abnahmeprotokolle wurden erstellt.
Lernfeld 6
Im Rahmen der Instandhaltungsstrategie Ihrer Firma ist die
Planung der Instandhaltung für Betrachtungseinheiten der
Räummaschine vorzunehmen. Demnach wird die Produktion
mit der Maschine erst aufgenommen, wenn ein entsprechender
Wartungs- und Inspektionsplan erstellt ist. Reinigungsarbeiten
sind aufzunehmen.
Für die erworbene Räummaschine ist die Beschreibung der Arbeiten
allerdings nur in englischer Sprache vorhanden.
Räummaschine
Firmenkatalog (Auszug):
electromechanical broaching machines
pulling force from 6–28
tons and stroke lengths up to
2.000 mm technical principle of a
broaching machine
The broaching tool is moved vertically
in a straight line motion. The
infeed is determined by the rise
per tooth on the broaching tool.
The objective is to produce the final
shape or profile in one pass.
1. Auftrag analysieren
1.1 Überprüfen Sie, ob alle erforderlichen Tätigkeiten entsprechend der Handlungssituation
erledigt wurden.
1.2 Übersetzen Sie zunächst die vorhandenen englischsprachigen Unterlagen in die
deutsche Sprache.

Lernfeld 9 Herstellen von Bauelementen durch Feinbearbeitungsverfahren 41
9.3 Lernsituation
Planen der Feinbearbeitung von Distanzbuchsen
Lernsituation
Situation:
In der Serienfertigung sollen 20 000 Distanzbuchsen auf beiden
Stirnseiten so fertig bearbeitet werden, dass diese Flächen eine
hohe Oberflächengüte und Ebenheit sowie eine genaue Parallelität
zueinander erhalten. Zudem soll die Länge der Buchsen
in enger Toleranz gefertigt werden. Die Buchsen sind durch
Drehen vorgefertigt und anschließend gehärtet worden.
Planen Sie eine geeignete Feinbearbeitung der Stirnflächen,
mit der die geforderten Qualitätsanforderungen erfüllt werden
können.
Distanzbuchsen
Lernfeld 9
Distanzbuchse
Werkstoff: 100Cr6
Zustand vor der Endbearbeitung
Stirnflächen gedreht Rz 25
Gehärtet und angelassen 62 ± 3 HRC
Erzielter Endzustand
1. Auftrag analysieren
1.1 Suchen Sie ein Feinbearbeitungsverfahren aus, mit dem eine Bearbeitung der Stirnflächen
von Bolzen in großer Stückzahl durchgeführt werden kann.
1.2 Beschreiben Sie zu dem vorgenannten Verfahren die Anlage und deren grundsätzlichen
Aufbau.
2. Fertigungsverfahren vorplanen
2.1 Welche Werkstückaufnahmen sind für die gefundenen Verfahren notwendig?
2.2 Skizzieren Sie eine Anordnung der Werkstücke in ihren Werkstückaufnahmen.
3. Fertigung festlegen
3.1 Suchen Sie die Schleifmittel aus, die zur Bearbeitung der gehärteten Werkstücke am
vorteilhaftesten sind.
3.2 Legen Sie weitere Werkzeuge, Hilfsmittel und Hilfsstoffe für das gewählte Verfahren
fest.
4. Prüfen der geforderten Qualitätsmerkmale
4.1 Stellen Sie einen Prüfplan auf.

Fertigen mit handgeführten Werkzeugen 57
Lernfeldorientierte Aufgaben
Fertigen mit handgeführten Werkzeugen LF 1
Einteilung der Fertigungsverfahren
A–1 Nach DIN 8580 werden die Fertigungsverfahren in folgende Hauptgruppen eingeteilt:
Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten, Stoffeigenschaft ändern.
Schreiben Sie diese Hauptgruppen ab, und ordnen Sie die folgenden Fertigungsvorgänge entsprechend
zu:
a) Biegen eines Fahrradlenkers, h) Abscheren eines Blechstreifens,
b) Fräsen eines Zahnrades, i) Lackieren eines Pkw,
c) Verchromen einer Autostoßstange, j) Walzen eines U-Profils,
d) Löten einer Dachrinne, k) Einsetzen und Befestigen eines Mopedrades,
e) Härten einer Reißnadel, l) Grundieren eines Gitters mit Rostschutzfarbe,
f) Schmieden eines Garderobenhakens, m) Gießen eines Motorblockes,
g) Verschrauben eines Türschlosses, n) Feilen eines Vierkantes an einer Welle.
Vorbereitende Arbeiten zur Fertigung von Werkstücken
A–2 Die dargestellten Werkstücke sollen aus den angegebenen Rohlingen hergestellt werden. Skizzieren
Sie die Rohlinge ab, und kennzeichnen Sie jeweils die Maßbezugskanten bzw. Maßbezugsebenen durch
eine farbige Linie.
Geben Sie an, wie Sie diese Kanten bzw. Ebenen bearbeiten würden.
A–3 Warum erreicht man beim Anreißen auf der Anreißplatte mit einem Parallelreißer mit Nonius eine höhere
Genauigkeit als mit dem Parallelreißer, der an einem Standmaß eingestellt wird?
A–4 Für das nebenstehende U-Profil soll eine Bohrlehre mit einem
Längs- und einem Queranschlag gefertigt werden.
a) Skizzieren Sie die Bohrlehre.
b) Berechnen Sie dafür die Anreißmaße, wenn die Bohrungen
mit einem Parallelreißer auf einer Anreißplatte
angerissen werden. Als Bezugsebenen dienen die beiden
Anschlagflächen der Lehre.
c) Bemaßen Sie die Bohrungsmitten mit einer Bezugskantenbemaßung.

86 Fertigen mit Werkzeugmaschinen
B–77
Wendeschneidplattenbohrer können zum Bohren ins Volle für einen Durchmesserbereich eingesetzt
werden, indem man die Bohrer ausmittig stellt. So wird für einen Nenndurchmesser von 58 mm eine
maximale Exzentrizität von 2,5 mm angegeben.
a) Welche Exzentrizität muss eingestellt werden, wenn ein Bohrungsdurchmesser von 61,6 mm gefertigt
werden soll?
b) Welcher maximale Durchmesser kann mit diesem Werkzeug gebohrt werden?
B-78 Sonderwerkzeuge verringern die Nebenzeiten für den Werkzeugwechsel
und reduzieren die Anzahl der erforderlichen
Werkzeuge.
a) Welche Dreharbeiten werden mit dem dargestellten Sonderwerkzeug
durchgeführt?
b) Überprüfen Sie, ob bei dem nachfolgend gezeigten Schneidenwechsel
eine Umkehr der Drehrichtung zu programmieren
ist.
Sonderwerkzeug
c) Die beiden Wendeplattentypen A und B müssen nachbestellt werden. Schreiben Sie die normgerechte
Bezeichnung auf. Folgende Angaben sind für beide Schneidplatten zu berücksichtigen:
– Plattengröße I = 15 mm,
– Plattendicke s = 6 mm,
– Bearbeitung von Allgemeinen Baustählen,
– Wendeplatte B für das Drehen des Freistichs DIN 509 – F 0,6 0,3,
– auf dem Foto nicht erkennbare Angaben sollen frei gewählt werden.
B-79 Zwei Drehteile sollen nach Skizze aus dem Vollen herausgearbeitet
werden. Sie unterscheiden sich in den
angegebenen Gewindedurchmessern und in den davon
abhängigen Freistichmaßen.
a) Bestimmen Sie mithilfe eines Tabellenbuches für
die Gewinde M24 und M42 die Maße für die Fertigung
der Innengewinde und die Maße der Gewindefreistiche.
Innengewinde
Freistich
D in mm D 1
in mm t in mm D F
in mm / in mm R in mm
M24 ? ? ? ? ? ?
M42 ? ? ? ? ? ?
b) Stellen Sie einen Arbeitsplan für die Innenbearbeitung auf, der das Gewindeschneiden mit einem
Drehmeißel noch nicht enthält. Ordnen Sie den Arbeitsgängen die ausgewählten Werkzeuge zu. Für
das Ausdrehen des Gewindefreistichs nach DIN 76 stehen folgende Innendrehmeißel zur Verfügung.

Fertigen mit Werkzeugmaschinen 105
B-159 Beim Fräsen von Werkstücken aus Gusseisen mit einem Walzenstirnfräser stellt man an den Schneidplatten
P 10 Kantenausbrüche fest. Welche Änderung ist notwendig, um Abhilfe zu schaffen?
B-160 Beim Fräsen von Aluminiumplatten wird eine anfänglich glatte Oberfläche sehr schnell rau. Welche
Ursache liegt vor und wie können Sie Abhilfe schaffen?
Kühlschmierstoffe
B-161 Die nebenstehende Zeichnung verdeutlicht die Wärmeentwicklung
beim Drehen von Vergütungsstahl mit
Hartmetalldrehmeißeln.
Fassen Sie die Aussagen der Zeichnung über den Temperaturverlauf
an der Schnittstelle in Worte.
B-162 In besonderen Fällen kann Kühlschmiermittel mit starker
Kühlwirkung mehr Werkzeugverschleiß verursachen als
ein Trockenschnitt.
In einem Fachbericht war das nebenstehende Bild dargestellt.
Suchen Sie eine Erklärung.
B-163 Auf einem Kanister mit Kühlschmiermitteln wird in den Gebrauchshinweisen mehrfach der Begriff „EP-
Zusätze“ erwähnt.
a) Was bedeutet dieser Begriff?
b) Was bewirken diese Zusätze?
B-164 Zeigen Sie am Beispiel der Forderung nach Ungiftigkeit, dass sich diese Forderung kaum von den Herstellern
der Kühlschmiermittel erfüllen lässt.
B-165 Welche Schutzmaßnahmen ergreifen Sie in Ihrem Ausbildungsbetrieb, um sich vor Gesundheitsschäden
durch Kühlschmierstoffe zu schützen?
B-166 Ein Mechaniker gab als Antwort auf die Frage, in welchen Fällen man vorteilhaft Öle und in welchen
man besser wassermischbare Kühlschmierstoffe verwendet, zur Antwort: „Je größer die Reibfläche
zwischen Werkzeug und Werkstück ist, desto größer ist der Bedarf an Schmierung, darum sind in solchen
Fällen Öle vorteilhafter.“
Prüfen Sie anhand der Tabelle, ob die Aussage richtig ist.
B-167 In Automatendrehereien verwendet man häufig Einheitsöle. Was versteht man darunter?
B-168 In einer Firma wird ein Schneidöl verwendet, das nach Herstellerangaben eine Viskosität von 18 mm 2 /s
hat.
Ist dieses Öl dünnflüssig oder sehr zäh?
Welche Hinweise auf die Anwendung kann man aus den Angaben ziehen?

Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme 141
Pneumatische Steuerungen
E-58 Ein einfach wirkender Zylinder soll mit einem 4/2-Wegeventil gesteuert werden, weil kein geeignetes
3/2-Wegeventil vorhanden ist.
Zeichnen Sie den Schaltplan.
E-59 Beantworten Sie die Fragen zu der dargestellten Schaltung mit Begründung.
a) Lässt sich in der Ausgangsstellung die Kolbenstange durch eine
äußere Kraft bewegen?
b) Nimmt die Kolbenstange bei Schalterbetätigung eine bestimmte
Schaltstellung ein?
E-60 Die Drehzahl für einen Druckluftmotor soll im Rechtslauf und im Linkslauf gesteuert werden. Die Druckluft
wird dem Motor über ein geeignetes 4/3-Wegeventil zugeführt, das handbetätigt sein soll. In der mittleren
Stellung des Ventils muss die Bewegung des Motors blockiert sein.
Zeichnen Sie den Schaltplan.
E-61 Warum baut man die Drossel zur Steuerung der Kolbengeschwindigkeit zwischen Stellglied und Arbeitsglied
und nicht vor dem Stellglied ein?
E-62 In eine Pneumatikanlage soll ein Drosselrückschlagventil eingebaut werden. Ein solches Ventil ist nicht
verfügbar. Man kann sich mit dem Einbau einer Drossel und eines Rückschlagventils helfen.
Zeichnen Sie den entsprechenden Teil des Schaltplans.
E-63 In einer Leitung muss die Druckluft in beiden Richtungen gedrosselt werden. Es stehen nur Drosselrückschlagventile
zur Verfügung.
Zeichnen Sie die Schaltung.
E-64 Welche Betätigungsarten sind typisch für willensabhängige Steuerungen?
Zeichnen Sie die entsprechenden grafischen Symbole, und geben Sie dazu Erläuterungen.
E-65 Unter welchen Voraussetzungen kann in einer Pneumatikanlage eine Signalfolge verwirklicht
werden?
E-66 Wie kennzeichnet man in Schaltplänen für die Pneumatik die Lage von Signalgliedern, die wegeabhängig
gesteuert werden?
E-67 Zeichnen Sie die typischen Betätigungssymbole für wegeabhängig gesteuerte Ventile in der Pneumatik.
E-68 Ein Rüttelsieb soll pneumatisch hin- und herbewegt werden. Die Geschwindigkeit der Rüttelbewegung
soll sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf steuerbar sein.
Zeichnen Sie den Schaltplan.
E-69 Skizzieren Sie das grafische Symbol für ein Verzögerungsventil mit nachfolgendem Stellglied, das folgende
Funktion haben soll:
— Nullstellung durch Federkraft, dabei Druckluft auf Arbeitsleitung 4 (A) und Arbeitsleitung 2 (B) entlüftet,
— in Schaltstellung ist die Druckluft mit 2 (B) verbunden und 4 (A) entlüftet, die Umsteuerung soll mit
Druckluft erfolgen und zeitverzögert sein.
E-70 Aus einem Fallmagazin sollen Bauteile durch
einen Zylinder in eine Vorrichtung geschoben
werden. Der Vorschub geschieht auf Knopfdruck.
a) Wählen Sie geeignete Bauelemente aus.
b) Erstellen Sie den Logikplan.
c) Erstellen Sie den Schaltplan.
d) Stellen Sie eine Geräteliste auf.

178 Herstellen von Bauelementen durch Feinbearbeitungsverfahren
Hochgeschwindigkeitsfräsen
G-31 Einem Werkzeugmechaniker erscheinen die Werte für Schnittgeschwindigkeit und Vorschub, die vom
Programmierer entsprechend den Angaben des Werkzeugherstellers programmiert wurden, zu hoch.
Darum verringert er die Werte. Welche Folgen kann sein Handeln haben?
G-32 „Die HSC-Bearbeitung wird das Erodieren als Fertigungsverfahren in der Formentechnik erheblich zurückdrängen“,
sagte auf einer Tagung von Formenbauern ein Fachmann. Wie wird er diese Aussage
begründen?
G-33 Zum HSC-Fräsen werden spezielle Maschinen eingesetzt. Warum genügt es nicht, herkömmliche CNC-
Fräsmaschinen mit Spindelantrieben für höhere Umdrehungsfrequenzen auszurüsten?
G-34 Im Prospekt einer Lieferfirma von HSC-Fräsmaschinen ist von einer „Look-Ahead-Funktion“ die Rede.
Wie erklären Sie diese Funktion?
G-35 Es ist eine Grafitelektrode zu fräsen. Entscheiden Sie, ob Gleich- oder Gegenlauffräsen bei der HSC-
Bearbeitung einzusetzen ist.
Glattwalzen
G-36 Wellen können in Bereichen, die durch Reibung und Verschleiß gefährdet sind, durch Glattwalzen fertig
bearbeitet werden.
G-37
a) Welche Vorzüge weisen die Bereiche so bearbeiteter Wellen auf im Vergleich zu einer Fertigung durch
Feindrehen?
b) Zu welcher Hauptgruppe der Fertigungsverfahren zählt das Glattwalzen?
c) Beschreiben Sie Aufbau und Arbeitsweise der Rollierwerkzeuge für das Außenglattwalzen.
a) Welche Werkstoffe eignen sich zum Glattwalzen?
b) Welche Bearbeitungsgeschwindigkeiten werden zum Glattwalzen an der Drehmaschine eingestellt?
c) Welchen Einfluss hat der Einsatz von Schneidöl auf die Oberflächengüte rollierter Werkstücke?
Funkenerosives Abtragen
G-38 a) Unter welchen Bearbeitungsbedingungen ist der Einsatz von Abtragverfahren im Vergleich zu den
spanenden Verfahren vorteilhaft?
b) Erläutern Sie das Funktionsprinzip des funkenerosiven Abtragens.
G-39 Erstellen Sie eine Skizze, die den Bereich um den Arbeitsspalt beim funkenerosiven Abtragen herum
stark vergrößert zeigt. Benennen Sie alle wesentlichen Bestandteile in Ihrer Skizze. Beschreiben Sie
nun, wie die Funkenentladung in einer Funkenerosionsanlage erzeugt wird.
G-40 Skizzieren Sie zu den Werkstücken die Elektrodenformen, die zur Planetärerosion eingesetzt werden
können. In den Elektrodenskizzen sind die notwendigen Verfahrbewegungen durch Pfeile zu kennzeichnen.

221
Technische Kommunikation
TK-1 bis TK-27
Technisches Zeichnen
TK-1
TK-2
TK-3
TK-4
TK-5
TK-6
Beschreiben Sie, was man unter dem Begriff „Technische Kommunikation“ versteht?
Erörtern Sie, welche der aufgeführten Kommunikationsmittel für die Fertigung eines Werkstücks am
besten geeignet ist:
Text, Skizze, Technische Zeichnung, Mündlicher Auftrag.
Technische Zeichnungen bestehen aus der Darstellung von Körperansichten.
a) Beschreiben Sie in eigenen Worten, was man unter einer Ansicht versteht.
b) Wie viele Ansichten werden benötigt, um ein Werkstück eindeutig darzustellen?
Begründen Sie Ihre Antwort.
Skizzieren Sie die dargestellten Werkstücke in drei Ansichten. Die Lage der Vorderansicht ist vorgegeben.
Die Werkstückmaße sind den Werkstückzeichnungen zu entnehmen.
Wählen Sie nun für die Werkstücke selbst eine geeignete andere Vorderansicht als Hauptansicht aus
und skizzieren Sie die Werkstücke nochmals in drei Ansichten.
Erstellen Sie die Werkstückzeichnung auf Zeichenkarton, DIN A4, indem Sie unter Berücksichtigung der
angefertigten Skizze die Zeichenfläche einteilen und die skizzierten Werkstücke normgerecht zeichnen.
Füllen Sie das Schriftfeld der Zeichnung aus.
Werkstück 1 Werkstück 2
Schriftfelder für schulische Zeichnungen

Technische Mathematik 249
14 Winkelfunktionen in rechtwinkligen Dreiecken
In Dreiecken mit gleichen Winkeln stehen gleichliegende Seiten im gleichen Verhältnis zueinander. Seitenverhältnisse
werden für einen der spitzen Winkel aufgestellt. Die Katheten werden danach benannt, wie sie
zu dem betrachteten Winkel liegen.
Ankathete (AK) → Seite, die einen Schenkel des zu
betrachtenden Winkels bildet
Gegenkathete (GK) → Seite, die dem zu betrachtenden
Winkel gegenüberliegt
Hypotenuse (HY) → Seite gegenüber dem rechten
Winkel
für den Winkel α gilt:
GK 1
= GK 2 AK 1
= AK 2 GK 1
= GK 2
HY 1 HY 2 HY 1 HY 2 AK 1 AK 2
Sinus α = Gegenkathete
Hypotenuse
Cosinus α =
Ankathete
Hypotenuse
Tangens α = Gegenkathete
Ankathete
sin α = GK
HY
cos α = AK
HY
tan α = GK
AK
14/1 Berechnen Sie die fehlenden Maße im rechtwinkligen Dreieck mithilfe der Winkelfunktionen.
a) b) c) d) e) f) g) h)
Ankathete 245 mm 66 cm ? ? ? ? 255 cm ?
Gegenkathete 183 mm ? 880 mm 4,60 m 75 dm ? ? 15 mm
Hypotenuse ? 91 cm 1220 mm ? ? 150 mm ? ?
Winkel α ? ? ? 35° 58° 30° 77° 10°
14/2 a) Berechnen Sie für den Kegel den Spitzenwinkel α in
Dezimalschreibweise und in Grad/Minuten/Sekunden.
b) Berechnen Sie die Länge der Mantellinie l.
14/3 Berechnen Sie für den Keil den Steigungswinkel α in Dezimalschreibweise
und in Grad/Minuten/Sekunden.
14/4 Berechnen Sie für die Konstruktion eines Vordaches den
Winkel α und die Strebenlänge l.
a

Technische Mathematik 265
27 Drehmoment und seine Einheiten
Jedes Teil, an dem Kräfte eine Drehwirkung verursachen, kann als Hebel bezeichnet werden. Die Drehwirkung
bezeichnet man als Drehmoment. Das Drehmoment wächst mit der Größe der Kraft und dem Abstand der
Kraft von der Drehachse des Hebels. Diesen Abstand bezeichnet man als wirksamen Hebelarm.
Formel
Formelzeichen
M = F · l
F Kraft
l Hebelarm
[M] = N · m = Nm
M Drehmoment
Umrechnungen
1000 Nm = 1 kNm; 1 Nm = 10 Ndm; 10 Ndm = 100 Ncm = 1000 mNm
27/1 Berechnen Sie die fehlenden Werte.
a) b) c) d) e) f) g) h)
Kraft F 800 N 400 N 2,6 kN 0,6 N 64 N 560 N ? N ? kN
Hebelarm l 1,2 m 180 mm 24 cm 1,2 dm ? m ? mm 9,6 dm 64 mm
Drehmoment M ? Nm ? Nm ? kNm ? mNm 17,92 Nm 8960 Ncm 2304 Nm 800 Nm
27/2 Das maximale Anziehdrehmoment für Schaftschrauben wird in der DIN-Norm in Abhängigkeit von
der Festigkeitsklasse der Schrauben angegeben.
Berechnen Sie die notwendige Handkraft für Schrauben mit der Festigkeitsklasse 8.8 bei Verwendung
der angegebenen Ring-Maulschlüssel.
Schrauben max. Anziehdrehmoment wirksame Schlüssellänge Kraft
M 6 8,3 Nm 140 mm ? N
M 12 69,0 Nm 180 mm ? N
M 20 340,0 Nm 220 mm ? N
27/3 Beim Spannen eines Werkstücks in einen Schraubstock
greift die Handkraft F 1 = 380 N im Abstand l 1 = 280 mm
von der Drehachse der Gewindespindel an.
Welche Handkraft F 2 wirkt, wenn der wirksame Hebel
auf l 2 = 350 mm verlängert wird bei der Erzeugung des
gleichen Drehmomentes?
27/4 Für das Schneiden eines M4-lnnengewindes steht nur
ein großes, verstellbares Windeisen mit einer wirksamen
Hebellänge von 180 mm je Seite zur Verfügung.
Der Auszubildende dreht mit je einer Kraft von F = 6 N
an beiden Enden. Dabei geht der Gewindebohrer zu
Bruch.
a) Wie groß war das Gesamtdrehmoment, das auf den
Gewindebohrer wirkte?
b) Wie groß ist das Gesamtdrehmoment, wenn mit einem
geeigneten Windeisen von l = 100 mm Hebellänge
je Seite und einer Kraft von F = 6 N gedreht wird?
a

Technische Mathematik 279
38/5 Ein Schmiedehammer mit einer Masse m = 340 kg wird
für Schmiedearbeiten auf unterschiedliche Höhen gezogen
(g = 9,81 m/s 2 ).
a) Welche Hubarbeit muss verrichtet werden, wenn der
Schmiedehammer auf eine Höhe h 1 = 1,2 m gezogen
wird?
b) Welche Hubhöhe wird erreicht, wenn die Hubarbeit
W H = 6137 J verrichtet wurde?
38/6 Der Tisch einer Hobelmaschine und das aufgespannte
Werkstück haben zusammen eine Masse von 6200 kg.
a) Mit welcher Normalkraft drücken Tisch und Werkstück
auf die Führungen, wenn zusätzlich durch das
Spanen eine senkrecht nach unten wirkende Kraft
von 30 kN zu berücksichtigen ist?
b) Welche Reibungsarbeit muss der Antrieb bei einem
Arbeitshub von 5 m überwinden, wenn die Reibungszahl
µ G = 0,05 beträgt?
39 Wirkungsgrad
In Maschinen wird die zugeführte Arbeit immer durch Reibungsarbeit verringert.
Wirkungsgrad =
Formel
ausgenutzte Arbeit
zugeführte Arbeit
η = W e
W i
Formelzeichen
η Wirkungsgrad (gesprochen: eta)
W e ausgenutzte (effektive) Arbeit
zugeführte (induzierte) Arbeit
W i
Gesamtwirkungsgrad η ges mehrerer hintereinander geschalteter Systeme:
η ges = η 1 · η 2 · η 3 …
39/1 Berechnen Sie die fehlenden Werte
in der nebenstehenden Tabelle.
zugeführte
Arbeit
ausgenutzte
Arbeit
a) 3500 J 2800 J ?
b) ? 4 kJ 0,9
c) 1,9 MJ ? 0,8
Wirkungsgrad
39/2 Ein Montagekran verrichtet eine Arbeit von W = 10500 J. Die angehängte Masse des Maschinenteils
beträgt 350 kg.
a) Auf welche Höhe kann der Kran das Bauteil heben, wenn die gesamte Arbeit nutzbar gemacht
werden könnte?
b) Welche Arbeit muss zugeführt werden, wenn der Wirkungsgrad des Kranes η = 0,6 beträgt.
a

282 Technische Mathematik
41 Einfache Maschinen II: Geneigte Ebene
Mechanische Arbeit Kräftezerlegung Formelzeichen
Formeln
F
F N
F H
F G
b
h
l
α
Kraft
Normalkraft
Hangabtriebskraft
Gewichtskraft
Basislänge
Höhe
Länge
Neigungswinkel
Hubarbeit = Zugarbeit
F 1 · h = F 2 · l
F H
= h F G l
= sin α
F N
= b F G l
= cos α
41/1 Berechnen Sie die fehlenden Werte in der Tabelle (g = 10 N/kg).
a) b) c) d) e) f)
Last m 420 kg 1,2 t ? t 500 g ? t ? kg
Kraft F 1 ? N ? kN 50 kN ? N ? kN ? N
Hubhöhe h 1,2 m ? m 0,8 m 30 cm 42 m 163 cm
Länge l 3,6 m 1,6 m ? m 50 cm ? m 180 cm
Basislänge b ? m 1,2 m 0,6 m ? cm 32 m ? cm
Zugkraft F 2 ? N ? kN ? kN ? N 190 kN ? N
Mechanische Arbeit W ? J ? kJ ? kJ ? J ? kJ 60 kJ
41/2 Berechnen Sie die fehlenden Werte in der Tabelle (g = 9,81 N/kg).
2.1 2.2 2.3
41/3 Eine Drehmaschine wird über eine geneigte Ebene auf einem Wagen eine Rampe hochgezogen.
Die Gesamtmasse von Drehmaschine und Wagen beträgt m = 850 kg, der Fahrwiderstand µ f = 0,04.
a) Wie groß ist die Zugkraft F z1 im Seil, wenn Reibungskräfte
nicht berücksichtigt werden?
b) Wie groß ist die Reibungskraft F R und die Zugkraft
F z2 im Seil, wenn Reibungskräfte berücksichtigt werden?
41/4 Ein beladener Lastenaufzug mit einer Gesamtmasse von
4 t wird nach oben gezogen. Die Fahrwiderstandszahl
beträgt µ f = 0,05 (g = 10 N/kg).
a) Berechnen Sie die Hangabtriebskraft F H , die Normalkraft
F N , die Reibungskraft F R und den Neigungswinkel.
b) Wie groß ist die Zugkraft F z im Seil bei einer gleichförmigen
Zugbewegung?