Lernfeld 6 · Prüfung Teil 1

Passungsauswahl, Wärmedehnung, Flächenpressung, Reibung und Übersetzung

Teilsysteme auslegen: Passungsauswahl, Wärmedehnung temperierter Formen, Auflagerkräfte, Flächenpressung in Führungen, Reibung, Drehmoment und Übersetzung.

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Darum geht es

Für jede Verbindung im Werkzeug wählt man eine passende Passung: Spiel für gleitende Führungen, Übergang für Zylinderstifte und Zentrierungen, Übermaß für fest eingepresste Buchsen, etwa H7/r6. Herstellerangaben für Normalien gehen vor. Übermaßverbindungen lassen sich auch durch Erwärmen des Außenteils fügen; nach dem Abkühlen hält das Übermaß.

Temperierte Formen dehnen sich aus. Schon bei wenigen zehn Kelvin Unterschied zwischen den Formhälften wächst der Lageunterschied der Führungsbohrungen über das Führungsspiel, und Säulen klemmen. Abhilfe sind gleiche Temperaturen, Zentrierelemente in der Formmitte und eingerechnete Dehnung. Für Auflager unter Werkzeugen und Platten gilt das Momentengleichgewicht: Das Auflager näher an der Kraft trägt mehr.

In Gleitführungen begrenzt die Flächenpressung auf der projizierten Fläche den Verschleiß; sie sinkt mit Durchmesser und tragender Länge. Die Reibungskraft hängt von Normalkraft und Reibungszahl ab. An Antrieben gilt: Ein kleines Rad, das ein großes treibt, senkt die Drehzahl und erhöht das Drehmoment, die Leistung bleibt ohne Verluste gleich. Das Moment eines Motors folgt aus Leistung und Drehzahl.

Das solltest du dir merken

Spiel zum Gleiten, Übergang zum Positionieren, Übermaß zum Festsitzen.
Wärmedehnung gleich Länge mal Ausdehnungskoeffizient mal Temperaturunterschied.
Flächenpressung zylindrischer Teile auf die projizierte Fläche d mal l beziehen.
Übersetzung ins Langsame senkt die Drehzahl und erhöht das Moment.
Beim Auflager steht im Zähler der Abstand der Kraft zum anderen Auflager.

Formeln

Wärmedehnung: $Δ l = l_{0} \cdot α \cdot Δ ϑ$; $Δ l$ in mm, $l_{0}$ Ausgangslänge in mm, $α$ in 1/K (Stahl etwa 11 bis 12 · 10⁻⁶), $Δ ϑ$ in K
Flächenpressung in einer Rundführung: $p = \frac{F}{d \cdot l}$; $p$ in N/mm², $F$ Querkraft in N, $d$ Durchmesser in mm, $l$ tragende Länge in mm
Reibungskraft: $F_{R} = μ \cdot F_{N}$; $F_{R}$ Reibungskraft in N, $μ$ Reibungszahl, $F_{N}$ Normalkraft in N
Übersetzung und Drehzahl: $i = \frac{z _{2}}{z _{1}} = \frac{n _{1}}{n _{2}}$; $z_{1}$ , $z_{2}$ Zähnezahlen von treibendem und getriebenem Rad, $n_{1}$ , $n_{2}$ Drehzahlen in 1/min
Drehmoment aus Leistung: $M = \frac{9550 \cdot P}{n}$; $M$ in N·m, $P$ Leistung in kW, $n$ Drehzahl in 1/min

Typische Fehler in der Prüfung

Bei der Wärmedehnung die Endtemperatur statt des Temperaturunterschieds eingesetzt.
Flächenpressung einer Säule mit der Kreisfläche statt mit d mal l gerechnet.
Übersetzung umgekehrt angewendet und die Drehzahl am großen Rad erhöht.
Beim Auflager den Abstand der Kraft zum eigenen statt zum anderen Auflager genommen.

Tipps aus der Werkstatt

Wärmedehnung immer mit dem Temperaturunterschied rechnen, nicht mit der Endtemperatur. Flächenpressung einer Säule auf d · l beziehen. Beim Auflager gehört der Abstand der Kraft zum anderen Auflager in den Zähler.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

15 Aufgaben zu „Passungsauswahl, Wärmedehnung, Flächenpressung, Reibung und Übersetzung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Werkzeugmechaniker/-in (2004 i. d. F. 2018), Lernfeld 6 (Herstellen technischer Teilsysteme des Werkzeugbaus). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.