Lernfeld 2 · Prüfung Teil 1

Verbindungstechnik

Verbindungstechnik im Maschinenbau: kraft-, form- und stoffschlüssige Verbindungen, Schrauben, Festigkeitsklassen, Sicherungen, Stifte und Schweißen.

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Darum geht es

Verbindungen ordnest du nach der Art, wie sie Kräfte übertragen. Kraftschlüssige Verbindungen halten durch Reibung, etwa eine vorgespannte Schraube oder ein Pressverband. Formschlüssige Verbindungen greifen ineinander, etwa Passfeder, Stift oder Bolzen. Stoffschlüssige Verbindungen wie Schweißen, Löten oder Kleben verbinden die Werkstoffe selbst. Außerdem unterscheidet man lösbare und unlösbare Verbindungen.

Die Festigkeitsklasse auf dem Schraubenkopf, etwa 8.8, nennt zwei Werte: Die erste Zahl mal 100 ergibt die Zugfestigkeit in $N/mm^{2}$ , das Produkt beider Zahlen mal 10 die Streckgrenze. Beim Anziehen entsteht im Schaft eine Vorspannkraft, die die Teile zusammenpresst. Schraubensicherungen wirken kraftschlüssig, stoffschlüssig (Klebstoff) oder formschlüssig wie Kronenmutter mit Splint.

Bolzen und Stifte werden oft auf Abscherung beansprucht. Wird der Bolzen in zwei Querschnitten belastet, etwa in einer Gabel, ist er zweischnittig und trägt doppelt so viel. Passfederverbindungen übertragen Drehmomente formschlüssig und bleiben lösbar.

Beim Schweißen verbindest du stoffschlüssig. MAG-Schweißen arbeitet mit Drahtelektrode und aktivem Schutzgas und wird bei Stahl eingesetzt, WIG mit nicht abschmelzender Wolframelektrode und inertem Gas. Das Zeichnungssymbol einer Kehlnaht ist ein Dreieck, das a-Maß gibt die Nahtdicke an.

Das solltest du dir merken

Kraftschluss über Reibung, Formschluss über Form, Stoffschluss über Werkstoffverbindung.
8.8 heißt Zugfestigkeit 800 N/mm² und Streckgrenze 640 N/mm².
Zweischnittige Bolzen haben die doppelte Scherfläche.
Kronenmutter mit Splint ist eine formschlüssige Sicherung.

Formeln

Zugspannung in der Schraube: $σ = \frac{F}{A _{s}}$; $σ$ Spannung in $N/mm^{2}$ , $F$ Zugkraft in N, $A_{s}$ Spannungsquerschnitt in $mm^{2}$
Scherspannung: $τ = \frac{F}{n \cdot A}$; $F$ Kraft in N, $n$ Zahl der Scherflächen, $A = π d^{2} /4$ Querschnitt in $mm^{2}$
Streckgrenze aus der Festigkeitsklasse: $R_{e} = a \cdot b \cdot 10 N/mm^{2}$; $a$ erste und $b$ zweite Zahl der Festigkeitsklasse; Zugfestigkeit $R_{m} = a \cdot 100 N/mm^{2}$

Typische Fehler in der Prüfung

Bei zweischnittiger Verbindung nur eine Scherfläche eingesetzt.
Mit dem Nenndurchmesser statt dem Spannungsquerschnitt der Schraube gerechnet.
Kraft in kN und Fläche in $mm^{2}$ gemischt, ohne umzurechnen.
Kraftschluss und Formschluss verwechselt.

Tipps aus der Werkstatt

Festigkeitsklasse einer Schraube: Erste Zahl mal 100 ergibt die Zugfestigkeit in N/mm², beide Zahlen multipliziert mal 10 ergeben die Streckgrenze. Bei 8.8 also 800 und 640 N/mm².
Kraftschluss hält durch Reibung, Formschluss durch die Geometrie, Stoffschluss durch den Werkstoff selbst. Frag dich bei jeder Schraubensicherung oder Welle-Nabe-Verbindung, was die Kraft überträgt, dann ist die Zuordnung klar.

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15 Aufgaben zu „Verbindungstechnik“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Mechatroniker/-in (1998, Fassung 2018), Lernfeld 2; DIN EN ISO 898-1; DIN EN ISO 2553. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.