Lernfeld 8 · Prüfung Teil 2

Konstruktion und Auslegung

Konstruktion und Auslegung kurz erklärt: Zug- und Scherspannung, Sicherheit, Passungen, Normteile, Schutzart und Nutzwertanalyse.

15 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Beim Auslegen prüfst du, ob ein Bauteil die Belastung sicher trägt. Die auftretende Spannung ist Kraft durch tragenden Querschnitt. Sie muss unter der zulässigen Spannung bleiben, also der Werkstoffkennwert geteilt durch einen Sicherheitsfaktor. Bei Zug ist das meist die Streckgrenze. Bolzen werden auf Abscheren belastet; bei zweischnittiger Verbindung tragen zwei Querschnitte.

Für Hubachsen bestimmst du die nötige Kraft aus Gewicht und Beschleunigung. Bei Bauteilen auf Biegung ist das Widerstandsmoment entscheidend, deshalb tragen hochkant stehende Profile mehr als flach liegende.

Passungen legen fest, wie Teile zusammenpassen: Spielpassung zum leichten Fügen, Übergangspassung für spielarmen Sitz, der sich noch lösen lässt, Übermaßpassung für feste Verbindungen. Normteile werden über ihre Bezeichnung bestellt, zum Beispiel Zylinderschraube ISO 4762 M8 × 30 8.8 mit Norm, Gewinde, Länge und Festigkeitsklasse. Die Stückliste nennt alle Teile einer Baugruppe mit Menge, Benennung, Werkstoff und Norm.

Für Aktoren und Sensoren wählst du die Schutzart nach der Umgebung. Die erste Ziffer gilt für Fremdkörper und Staub, die zweite für Wasser. Um zwischen mehreren Lösungen zu entscheiden, hilft eine Nutzwertanalyse mit gewichteten Kriterien.

Das solltest du dir merken

Spannung gleich Kraft durch Fläche; sie muss unter der zulässigen Spannung bleiben.
Bei zweischnittigen Bolzen tragen zwei Querschnitte.
Senkrecht nach oben beschleunigen heißt Gewichtskraft plus Beschleunigungskraft.
Bei Schrauben steht 8.8 für Zugfestigkeit 800 N/mm² und Streckgrenze 80 % davon.
IP65 heißt staubdicht und geschützt gegen Strahlwasser.

Formeln

Zug- oder Druckspannung: $σ = \frac{F}{S}$; $σ$ Spannung in N/mm², $F$ Kraft in N, $S$ Querschnitt in mm²
Scherspannung im Bolzen: $τ = \frac{F}{n \cdot S}$; $τ$ Scherspannung in N/mm², $n$ Anzahl der Scherflächen, $S$ Bolzenquerschnitt in mm²
Zulässige Spannung: $σ_{zul} = \frac{R _{e}}{ν}$; $R_{e}$ Streckgrenze in N/mm², $ν$ Sicherheitszahl
Hubkraft beim Beschleunigen: $F = m \cdot (g + a)$; $F$ Kraft in N, $m$ Masse in kg, $g = 9, 81 m/s^{2}$ , $a$ Beschleunigung in m/s²

Typische Fehler in der Prüfung

Kreisfläche mit dem Durchmesser statt dem Radius gerechnet oder $d^{2}$ vergessen.
Bei zweischnittigen Bolzen nur einen Querschnitt angesetzt.
Beim Anheben mit Beschleunigung nur die Gewichtskraft berechnet.
Erste und zweite Ziffer der IP-Schutzart verwechselt.

Tipps aus der Werkstatt

Schutzart IP: Erste Ziffer Fremdkörper und Staub (6 ist staubdicht), zweite Ziffer Wasser (5 Strahlwasser, 6 starkes Strahlwasser, 7 zeitweiliges Untertauchen). Lies aus der Umgebung beide Anforderungen heraus und wähle die jeweils höhere Ziffer.
Die Stückliste nennt jedes Einzelteil mit Menge, Benennung, Werkstoff und Norm, die Zusammenbauzeichnung zeigt die Lage, die Einzelteilzeichnung die Maße. Bei Auslegungsaufgaben erst Lastfall klären (Kraft, Drehmoment, Weg), dann Sicherheitsfaktor einrechnen.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

15 Aufgaben zu „Konstruktion und Auslegung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: Rahmenlehrplan Mechatroniker/-in, Lernfeld 8 (KMK); DIN EN 60529 Schutzarten, ISO 898-1 Festigkeitsklassen. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.