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# System prepended metadata

title: Maschinen & Geräte 2
tags: [Maschinentechnische Grundlagen]

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tags: Maschinentechnische Grundlagen
title: Maschinen & Geräte 2
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# Seminar: Maschinentechnische Grundlagen
## Sitzung: Maschinen & Geräte 2
> *Dr. Stefan Blumenthal*

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## Ziele für heute:
- [ ] Vertiefung von Wissen über Maschinenbauteile
- [ ] Anwendung von Wissen über Maschinenbauteile

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# Wiederholung
Zum Einstieg in diese Sitzung finden Sie nachfolgend eine kurze Wiederholungsübung. Im weiteren Sitzungsverlauf werden wir auf die erfragten Themen differenzierter eingehen.

:::info
:page_facing_up: **Aufgabe**

<iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/WiederholungMaschinenbausteile.html" style="border:0px;width:100%;height:800px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe>

:::

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# Baugruppen von Maschinen im Detail

Maschinen bestehen aus vielen verschiedenen mechanischen Bauteilen, die sich in Baugruppen und in Bauelemente unterteilen lassen.
Baugruppen sind die aus Bauelementen zusammengesetzten Funktionseinheiten, z.B. Motor, Kupplung, Getriebe, Schalter, Einspannvorrichtung etc. Die Baugruppen arbeiten so zusammen, dass die gewünschte Wirkung erzielt wird.
Bauelemente sind die kleinsten, nicht weiter zerlegbaren Bauteile, wie z. B. Achsen, Schrauben,
Muttern usw.
Nachfolgend werden die wesentlichen Baugruppen von Maschinen nacheinander thematisiert:

[:link: Das Steuerteil](#Das-Steuerteil)
[:link: Das Antriebsteil](#Das-Antriebsteil)
[:link: Das Übertragungsteil](#Das-Übertragungsteil)
[:link: Das Arbeitsteil](#Das-Arbeitsteil)
[:link: Das Trägerteil](#Das-Trägerteil)

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## Das Steuerteil
Es werden zwei Wege zur  Steuerung von Maschinen unterscheiden, demnach gibt es handgesteuerte Maschinen und automatisch gesteuerte Maschinen.

||handgesteuerte Maschinen|automatisch gesteuerte Maschinen|
|:---:|:---:|:---:|
|Rolle des Menschen|Mensch greift in den technischen Ablauf ein|Mensch leitet nur noch Vorgang ein|
|Rolle der Maschine|Maschine erfüllt ihre Funktion|komplexe Steuerteile führen technischen Ablauf selbsttätig aus|
|Beispiel|Zündschlüssel und Lenkrad im Auto|Automatikgetriebe und Tempomat im Auto|

:::info
:::spoiler **Übungsaufgabe zum Steuerteil**
:page_facing_up: **Aufgabe**
Finden Sie die 4 Begriffe, die zur Steuerung von Maschinen genutzt werden.

<iframe src="https://lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/SuchselSteuerteile.html" style="border:0px;width:100%;height:600px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe>

:::

---

## Das Antriebsteil
Das Antriebsteil ist die wichtigste Baugruppe für die Funktion einer Maschine. Als erste Antriebsformen diente die menschliche Muskelkraft, mithilfe derer Tätigkeiten (Arbeiten) ausgeführt wurden. Später wurden Tiere oder auch die Wind- oder Wasserkraft eingesetzt, um Arbeiten zu unterstützen. Maschinen erlangten ihren großen Durchbruch erst, als andere (unabhängigere, stabilere) Antriebe zur Verfügung standen. Hier sehen Sie Beispiele für maschinelle Antriebe:

<iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/SliderAntrieb.html" style="border:0px;width:100%;height:1100px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe>

:::warning
:::spoiler **Die Funktion des Elektromotors noch einmal anschaulich erklärt...**

{%youtube glUcvuBfV9o %}

:::

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## Das Übertragungsteil

Maschinen bestehen aus Antrieben und Abtrieben (Arbeitsteil), die meistens nicht direkt nebeneinander liegen. Dieser Abstand muss überbrückt, die Antriebskraft muss weitergeleitet und angepasst (verstärkt oder abgeschwächt) werden. Es kann auch notwendig sein, die Bewegung des Antriebs in der Richtung (Drehen, Hin und Her) und in der Geschwindigkeit zu verändern. Diese Aufgaben erfüllen die Übertragungsteile.
Übertragungsteile bestehen aus verschiedenen Maschinenelementen, die häufigsten sind Achsen, Hebel, Kupplungen, Kurbel, Lager, Räder, Stangen und Wellen.

:::info
:page_facing_up: **Aufgabe**
Ordnen Sie die Begriffe den Abbildungen zu.

<iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/ZuordnungÜbertragung.html" style="border:0px;width:100%;height:570px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe>

Überlegen Sie für sich für jedes hier aufgeführte Maschinenelement mindestens 2 Maschinen als Beispiele, in denen sie verwendet werden:

|Maschinenelement|Beispiel 1|Beispiel 2|
|---|---|---|
|Achsen|...|...|
|Hebel|...|...|
|Kupplungen|...|...|
|Kurbel|...|...|
|Lager|...|...|
|Räder|...|...|
|Stangen|...|...|
|Wellen|...|...|

:::

Mit einzelnen dieser Maschinenelementen wollen wir uns nun noch ein wenig mehr aus einandersetzen:

---

### Wellen
Es gibt unterschiedliche Arten von Wellen, folgende Beispiele werden häufig im Fahrzeugbau verwendet:

|Kurbelwelle|Gelenkwelle|Kardanwelle|
|:---:|:---:|:---:|
|<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild17.gif" alt="" width="200" />|<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild15.gif" alt="" width="200" />|<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild16.gif" alt="" width="200" />|
|[Quelle: :link: CC0](https://de.wikipedia.org/wiki/Kurbelwelle)|[Quelle: :link: CC0](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4729640)|[Quelle: :link: CC0](https://de.wikipedia.org/wiki/Kardanwelle)|
|eine geradlinige Hin- und Herbewegung wird in eine drehende Bewegung umgewandelt|bei nichtfluchtenden Drehachsen, zum Längenausgleich|Gelenkwellenkombination zur Kraftübertragung über zwei Kreuzgelenke|

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### Kupplungen
Eine Kupplung ist ein Maschinenelement zur lösbaren Verbindung zweier Wellen zur Übertragung von Drehzahl und Drehmoment. Man unterteilt Kupplungen nach ihrer Wirkweise in formschlüssige und kraftschlüssige Kupplungen.

:::warning
:::spoiler **Wir erinnern uns...**

|Kraftschluss|Formschluss|
|---|---|
|Kraftschlüssige Getriebe übertragen ihre Kräfte allein durch Reibung.|Formschlüssige Getriebe übertagen ihre Kräfte durch Ineinandergreifen der Form der Zahnräder.|
|<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild31.png" alt="" width="200" />|<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild32.png" alt="" width="200" />|

:::

|Kupplung durch Formschluss|Kupplung durch Kraftschluss|
|:---:|:---:|
|meist nur trennbar (stets trennen, aber nur bei synchroner Drehzahl verbinden), bei Überlast Zerstörung|übertragbares Drehmoment von Anpresskraft und Reibungsverhältnis abhängig, beliebig schaltbar (stets trennen und verbinden), bei Überlast i.d.R. Rutschen|
|<img src="https://lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild37.jpg" alt="" width="200" />|<img src="https://lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild39.jpg" alt="" width="200" />|
|Beispiel: Klauenkupplung (zwei oder mehr Fortsätze greifen am Wellenende hinter entsprechende Verdickungen und ermöglichen eine Momentübertragung durch Drehen)|Beispiel: Fliehkraftkupplung (selbsttätiges Lösen oder Trennen bei Über- oder Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl)|

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### Getriebe
Ein Getriebe ist eine Baugruppe aus verschiedenen Maschinenelementen. Das Getriebe zählt ebenfalls zu den Übertragungsteilen und soll entsprechend das Weiterleiten von Energie ermöglichen. Das Getriebe kann zudem eine Änderung von Drehzahl und/oder Drehrichtung realisiern. Ebenfalls sind Bewegungsumformungen (Rotation zu Translation und umgekehrt) möglich.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Getriebe zu gruppieren. Die einfachste Form ist die Unterscheidung in form- und kraftschlüssige Getriebe. Eine weitere Einteilung sieht die Unterscheidung in Rädergetriebe und Zugmittelgetriebe vor. In Kombination ergibt sich folgende Ordnung:

```graphviz {engine="dot"}
digraph dg{
  label="" 
  resolution=72;
  bgcolor="#C6CFD532";
  ratio="fill";
  fontname=Arial;
  nodesep=1;
  size="";
  node [style=filled,fontname=Arial,fontsize=20,shape=polygon];
  edge [color=Red, style=dashed];
  splines=T;
  center=T;
   
  Rädergetriebe->{Zahnradgetriebe Reibradgetriebe};
  Zugmittelgetriebe->{Kettengetriebe Riemengetriebe};
  
  Zahnradgetriebe->"formschlüssig \n z.B. bei der Bohrmaschine";
  Reibradgetriebe->"kraftschlüssig \n z.B. beim Dynamo";
  Kettengetriebe->"formschlüssig \n z.B. die Fahrradkette";
  Riemengetriebe->"kraftschlüssig \n z.B. bei der Lichtmaschine";
    
  {rank=same;Rädergetriebe Zugmittelgetriebe}
  }
  ```  
:::info
:page_facing_up: **Aufgabe**

<iframe src="https://learningapps.org/watch?v=pxf6edy8c22" style="border:0px;width:100%;height:400px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe>

:::

---

Nachfolgend finden Sie eine Auflistung von Getrieben, die auch im Grundschulfach Werken von Bedeutung sind:

|Getriebeart|Darstellung|
|---|:---:|
|**Schneckengetriebe**: Rädergetriebe, dessen Antriebsseite eine Schnecke (wie eine Schraube) und die Abtriebsseite ein Zahnrad ist. Eine Schnecke wirkt wie ein Zahnrad mit nur einem Zahn. Die Schnecke ist immer die Antriebsseite.|<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild22.jpg" alt="" width="200" />|
|**Stirnradgetriebe**: Rädergetriebe, deren Stirnseiten sich berühren oder ineinandergreifen (z. B. Zahnräder).|<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild23.jpg" alt="" width="200" />|
|**Kegelradgetriebe**: Rädergetriebe mit kegelförmig ausgearbeiteten Zahnrädern. Sie werden eingesetzt, wenn die Antriebs- und Abtriebswellen des Getriebes nicht parallel zueinander angeordnet sind (z. B. im 90°-Winkel).|<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild24.jpg" alt="" width="200" />|
|**Zahnstangengetriebe**: Es wird eine Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung umgewandelt. Die Zahnstange wirkt wie ein abgewickeltes Zahnrad. |<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild25.jpg" alt="" width="200" />|
|**Zugmittelgetriebe**: Rädergetriebe, deren Räder sich nicht berühren und mit einem Zugmittel (Kette, Riemen, usw.) miteinander verbunden sind.|<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild26.jpg" alt="" width="200" />|
|**Schubkurbelgetriebe**: Kann eine Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung oder eine Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung umwandeln.|<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/Bild27.jpg" alt="" width="200" align="center"/>|

:::info
:::spoiler **Übungsaufgabe zum Übertragungsteil**
:page_facing_up: **Aufgabe**
Überlegen Sie die Drehrichtung der Zahnräder, Riemenscheiben usw. für sich. In welche Richtung bewegt sich die Zahnstange?

<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/übung.png" alt="" width="100%" />

---

Wie müssten die fehlenden Drehrichtungspfeile in den nachfolgend abgebildeten Riemengetrieben A, B und C eingezeichnet werden?

<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/übung2.png" alt="" width="50%" />

---

Wie müssten die fehlenden Drehrichtungspfeile in den nachfolgend abgebildeten Zahnradgetrieben D und E eingezeichnet werden?

<img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/übung3.png" alt="" width="50%" />

:::

## Das Arbeitsteil
Der Arbeitsteil ist der aktive, meist bewegte, Teil einer Maschine. Der Arbeitsteil führt die eigentliche Aufgabe aus.

:::info
:page_facing_up: **Aufgabe**
Überlegen Sie für jede der Maschinenarten ein Beispiel und benennen Sie jeweils den Artbeitsteil der Maschine:

|Maschinenart|Beispiel|
|---|---|
|Arbeitsmaschinen/ Werkzeugmaschinen|...|
|Transportmaschinen|...|
|Energiewandelnde Maschinen|...|
|Informationsverarbeitende Maschinen|...|

:::

:::warning
:::spoiler **Lösungsvorschlag**

|Maschinenart|Beispiel|
|---|---|
|Arbeitsmaschinen/ Werkzeugmaschinen|Sägeblatt, Bohrer, Fräser, Schraubbit usw.|
|Transportmaschinen|Räder, Gabel, Schaufel usw. |
|Energiewandelnde Maschinen|Heizwendel im Tauchsieder, Magnetron in der Mikrowelle zur Erzeugung der Mikrowellen usw.|
|Informationsverarbeitende Maschinen|Qr-Code-Scanner, Prozessor im PC usw.|

:::

---

## Das Trägerteil
Das Trägerteil der Maschine soll die einzelnen Bauteile in der gewünschten Lage fixieren. Je nach Maschine, sollen Trägerteile auch wirkende Kräfte aufnehmen oder dem Anwendenden Schutz bieten. Trägerteile sind beispielsweise Gehäuse, Rahmen, Gestelle, Sockel etc. Trägerteile. Sie bestehen aus verschiedenen Bauelementen. Ähnlich wie beim Übertragungsteil, können in einem Trägerteil auch Achsen und Lager verbaut sein, diese dienen dann dazu, drehende Bauteile (Räder, Rollen etc.) zu tragen bzw. lagern, ohne jedoch selbst das Drehmoment zu übertragen und die Arbeit der Maschine selbst zu übernehmen (z.B. die Rollen von einem Staubsauger).

:::info
:::spoiler **Übungsaufgabe zum Trägerteil**
:page_facing_up: **Aufgabe**

<iframe src="https://lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Maschinen/MarkierenTrägerteile.html" style="border:0px;width:100%;height:400px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe>

:::

---

## Selbsteinschätzung
Inwieweit haben Sie die Ziele für diese Einheit erreicht?

|Ziele|:smiley:|:confused:|:disappointed:|
|---|---|---|---|
Vertiefung von Wissen über Maschinenbauteile |<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|
Anwendung von Wissen über Maschinenbauteile|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|

:::info
:mega: Sollte Ihnen ein Ziel zu kurz gekommen sein oder wenn Sie jegliches Feedback oder Kritik haben, nutzen Sie bitte die Kommentarfunktion und geben Sie mir Hinweise zum Überarbeiten.
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