Vertiefungsfragen

In diesem Thread möchte ich mal die Antworten auf die Vertiefungsfragen im Skript sammeln.
Da ich hier wirklich nur die Antworten sammeln möchte, würde ich euch bitten, dass wir, der Übersichtlichkeit zu Liebe, Verbesserungen, Fehler und was sonst noch so ansteht in diesem Thread posten.

Kapitel 1.7

1. Wie groß ist der Produktionswert der Werkzeugmaschinen-Branche weltweit?
- 47,4 Milliarden €

2. Beschreiben sie das Konfliktdreieck der Fertigungstechnik und nennen sie Erfolgsfaktoren!
- Das Konfliktdreieck wird von den drei wichtigsten Grundsätzen der Fertigungstechnik gebildet; Qualität, Kosten und Zeit. Es soll verdeutlichen, dass man stets bemüht ist, einen Kompromiss aus diesen dreien zu finden.
- Erfolgsfaktoren sind Einfachheit (Komplexität), Umsetzungsstärke, systematische Qualitätsarbeit, Kundenorientierung, Restrukturierung (Denken in Prozessketten), übergreifender IT-Einsatz, Innovation und Wachstum.

3. Nennen sie Zerspanungsverfahren mit geometrisch bestimmter und solche mit geometrisch unbestimmter Schneide!
- geometrisch bestimmt: Fräsen, Bohren, Drehen,...
- geometrisch unbestimmt: Schleifen, Läppen, Hohnen,...

4. Nennen sie jeweils drei Fertigungsverfahren mit: a) geradliniger Wirkbewegung, b) schraubenförmiger Wirkbewegung, c) zykloidischer Wirkbewegung, d) wie sind [tex]a_p[/tex] und [tex]a_e[/tex] dabei definiert?
- a) Sägen, Hobeln, Räumen
- b) Bohren, Drehen (Längsdrehen, Plandrehen)
- c) Fräsen (Stirnfräsen, Walzenfräsen), Schleifen
- d) [tex]a_p[/tex]: Bezeichnet die Schnitttiefe bzw. Schnittbreite, die das Werkzeug, senkrecht zur Arbeitsebene in das Werkstück "eintaucht".
- d) [tex]a_e[/tex]: Bezeichnet die in der Arbeitsebene gemessene Schnitttiefe des Werkzeugs. [tex]a_e[/tex] liegt senkrecht auf der Vorschubsrichtung.

5. Wie ist [tex]R_a[/tex] definiert?
- [tex]R_a[/tex] bezeichnet das arithmetische Mittel des Rauheitsprofils eines Werkstückes. Es gibt an, wie groß die Schwankungen zwischen "Bergen" und "Tälern" einer Oberfläche im Mittel sind

Kapitel 2.4

1. Nennen Sie Flächen und Winkel am Schneidkeil
- Freiwinkel [tex]\alpha[/tex] bezeichnet den Winkel zwischen Werkzeug und Werkstück auf der dem Span angewandten Seite.
- Keilwinkel [tex]\beta[/tex] bezeichnet den Winkel, den die Schneide bildet.
- Spanwinkel [tex]\gamma[/tex] bezeichnet den Winkel, auf dem der Spaß abfließt.
- Spanfläche: Über die Spanfläche fließt der Span ab.
- Freifläche: Die Fläche zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück (auf der dem Span abgewandten Seite der Schneide).

2. Für verschiedene Bearbeitungsaufgaben gibt es unterschiedliche Optima für Schneidkeilwinkel. Nennen sie einige dieser Winkel und die dort geltenden Bedingungen.
(da ich nicht genau weiß, was man von mir will, hier mal das, was ich geschrieben hätte)
- Die Winkel der Schneiden sind vom zu bearbeitenden Werkstoff abhängig.0
- Beispiele: Holz und Kunststoffe [tex]\beta [/tex]= 40°-50°, Alu, Kunststoff, Blei, Kupfer, Weicheisen [tex]\beta [/tex]= 50°-65, Stahl 350-600N/mm² [tex]\beta [/tex]= 60°-75°, Stahl 1200N/mm² [tex]\beta [/tex]= 75°-90°

4. Welche Schnittbewegungen gibt es und wodurch sind diese gekennzeichnet?
- Geradlinige Schnittbewegung: Werkzeug und Werkstückt bewegen sich ausschließlich linear zueinander.
- Schraubenförmige Schnittbewegung: Das Werkzeug oder das Werkstück bewegen sich neben einer linearen Bewegung auch rotatorich zueinander.
- Zykloidische Schnittbewegung: Das Werkzeug rotiert während das Werkstück linear bewegt wird.

5. Welche Schnittgrößen kennen sie? Skizzieren sie diese! Wie lassen sie sich berechnen?
- Schnittkraft: [tex]F_c = K_c * b * h[/tex]
- spezifische Schnittkraft: [tex]k_c ~ (4...6)*R_m[/tex]
- Schnittgeschwindigkeit: [tex]v_c[/tex]
- [tex]a_e[/tex] (Arbeitseingriff) und [tex]a_p[/tex] (Schnitttiefe)

6. Worin besteht der Unterschied zwischen Schnitt- und Spanungsgrößen?
- Schnittgrößen werden aus Material des Werkzeuges und des Werkstück abgeleitet. Die Spanungsgrößen resultieren aus den Schnittgrößen und den Werkstoffen.

7. Welche Geschwindigkeiten sind bei der Zerspanung wirksam, und wie lassen sie sich ermitteln?
- Vorschubgeschwindigkeit: [tex]v_f = f * n[/tex]
- Schnittgeschwindigkeit: [tex]v_c = \frac {\pi*d*n}{1000} \frac {mm}{min}[/tex]
- resultierende Geschwindigkeit: [tex]v_e = sqrt{v_c^{2} + v_f^{2}}[/tex]

8. Welche Bedeutung haben Zerspankräfte?
[Zum Thema Zerspankräfte habe ich eine schöne Seite gefunden, auf der alles in wenigen Worten und schönen Bildchen beschrieben ist: Zerspankräfte ]
- Die Kenntnis der Zerspankräfte ist relevant für die Auswahl der Maschine und der Einspannung des Zerspanungsprozesses. Desweiteren können mit ihrer Hilfe die Schnittbedingungen optimiert werden.

9. Wie lautet das Zerspankraftgesetz? Erklären sie die darin auftretenden Größen!
- [tex]F_c = k_{c1.1} * b * h^{1-c_c}[/tex], b bezeichnet die Spanbreite, [tex]k_{c1.1}[/tex] bezeichnet die spezifische Schnittkraft auf 1x1mm, [tex]h^{1-c_c}[/tex] bezeichnet die Spandicke hoch Anstiegswert.

10. Welche Bedeutung hat die Passivkraft und wie lässt sie sich ermitteln?
- Die Passivkraft steht senkrecht auf der Arbeitsebene und wirkt gegen die Werkzeugschneide.
- [tex]F_p = b * k_{p1.1} * h ^{1-c_p}[/tex]

11. Welche Einflussfaktoren auf die Schnittkräfte gibt es? Nennen sie diese und erklären sie deren Bedeutung!
- Vorschubgeschwindigkeit; eine höhrere Vorschubgeschwindigkeit bedeutet höhere Passiv- und Normalkräfte auf die Schneide.
- Schnittgeschwindigkeit; höhere Schnittgeschwindigkeiten bedeuten in jeder Richtung höhere Kräfte.
- Materialkenngrößen; z.B. [tex]R_m[/tex], sie beeinflussen ebenfalls, wie große die Kräfte auf die Schneide sind, eine höhere Reißfestigkeit des Werkstoffes resultiert in einer größeren Kraft, die erforderlich ist um den Span zu brechen.

12. In welchem Zusammenhang stehen Spanungsleistung und Antriebsleistung einer Werkzeugmaschine?
- [tex]P_{el}=\frac {F_c * v_c}{\eta_{el}*\eta_{mech}}[/tex]

13. Benennnen und erklären sie den Wirkmechanismus der Spanbildung!
- 1. Der Werkstoff wird vor der Schneide gestaucht,
- 2. Werkstoff wird angehäuft, beginnt zu reißen und wird in der Scherebene abgeschert,
- 3. Span fließt über die Spanfläche des Werkzeugs ab.
- Reibung entsteht sowohl zwischen Werkzeug und Span als auch zwischen Werkzeug und Werkstück.

14. Wie lassen sich bestimmte Spanformen erzielen? Welche Spanformen sind für eine optimale Zerspanung günstig und warum?
- Zerspanverhalten des Werkstoffes lässt sich z.B. durch Legierungen beeinflussen: Blei im Werkstoff sorgt für schnelleren Spanbruch, Schwefel und Mangan bilden Bänder im Werkstoff, welche die späne ebenfalls schneller brechen lassen und sorgen somit für einen kürzeren Span, Kohlenstoff sorgt bei einem Gehalt von unter 0,2% für den eher unerwünschten Fließspan, bei einem Gehalt von 0,2%-0,8% sorgt er für den wesentlich angenehmeren Scherspan.
- Für den Prozess am günstigsten sind Scherspäne. Sehr ungüstig sind hingegen Fließspäne, da sie sowohl für die Maschine als auch für den Bediener eine Gefahr darstellen. Reißspäne sind ebenfalls eher ungünstig, da sie meistens in einer schlechten Oberfläche resultieren.

15. Welche Arten von Schneiden gibt es?
- geometrisch bestimmte und geometrisch unbestimmte Schneiden.

16. Wie werden Schneiden beansprucht?
- mechanisch (Spannungen, Kräfte,...), thermisch (starke Erwärmungen bei bis zu 1000°C), chemisch (Abrasion, Korrosion,...)

17. Nennen sie Verschleißarten, deren Aussehen und Ursachen! Welche Kenngrößen gibt es?
[Ich beschränke mich hier mal auf zwei Wesentliche]
- Freiflächenverschleiß - die Schneide baut ab, verliert an "Schärfe" und die Freifläche liegt auf den Werkstück auf. Die Kenngrößen sind: Verschleißmarkenbreite VB und der Schneidkantenversatz SKV.
- Kolkverschleiß - Vertiefung auf der Spanfläche, welche durch den Span hervorgerufen wird. Kenngrößen dieser Verschleißart sind Briete und Tiefe dieser Vertiefung.

18. Skizzieren sie die Temperaturverteilung bei der Zerspanung mit verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten!
- Diagramm Seite 39.

19. Welche Standgrößen kennen sie?
- Standzeit T
- Standvolumen V
- Standmenge N
- Standwege L

20. Beschreiben sie den Zusammenhang zwischen Schnittgeschwindigkeit und Standzeit!
- [tex]T = C_v * v_c^{k}[/tex], mit [tex]C_v = T(v_c=1\frac {m}{min})[/tex] (Standzeit bei definierter Schnittgeschwindigkeit), k ist eine Werkstoffkenngröße des Werkzeugs.

21. Welcher Effekt macht die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung möglich?
- Nicht nur die Schnittgeschwindigkeit, sondern auch die Vorschubgeschwindigkeit können erhöht werden, wodurch höhere Oberflächengüten erreicht werden. (S. 65)

22. Worauf ist bei einer sinnvollen HSC-Bearbeitung zu achten, und wie lassen sich deren Vorteile nutzen?
- Sowohl die Kosten für die Werkzeuge als auch die Kosten für die Maschine müssen berücksichtigt werden. Ein Optimum zwischen den tatsächlichen Bearbeitungskosten und den Werkzeugkosten muss festgestellt werden.
- Die Vorteile der HSC-Bearbeitung sind: geringere Bearbeitungszeiten, Trockenbearbeitung möglich, höhere Oberflächengüte und ggf. Wegfall einer Nachbearbeitung.

23. Beschreiben sie die Möglichkeiten zur optimalen Werkzeugauswahl.
- Hohe Standzeiten, geringe Kosten, universeller Einsatz,...

24. Nennen sie Anforderungen an Schneidstoffe.
- mechanische Kräfte (Zug, Druck, Torsion, Biegung, Wechsellast) -> hohe Härte, Festigkeit und Steifigkeit
- thermische Kräfte (Temperatur und -wechsel) -> hohe Warmhärte und Anlassbeständigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit
- chemische Reaktionen (Diffusion, Oxidation, Korrosion) -> geringe Verzunderung, Diffusionsneigung und Korrosionsneigung

25. Welche Schneidstoffe für geometrisch bestimmte Schneiden kennen sie, was sind deren Kennzeichen, und wodurch lassen sich die versch. Schneidstoffe unterscheiden?
- hier verweise ich mal auf Seiten 45-55, da das eigentlich nur Abschreiben ist.

26. Welche Probleme können moderne Schneidstoffe mit sich bringen?
- Hohe Werkzeugkosten und starke Wärmeentwicklung

27. Welche Schneidstoffe für geometrisch unbestimmte Schneiden gibt es, was sind deren Kennzeichen, und wodurch lassen sich die versch. Schneidstoffe unterscheiden?
- hier sei ebenfalls auch die Seiten 56-58 verwiesen.

28. Nennen sie die Aufgaben und Anforderungen der Kühl- und Schmierstoffe.
- primär: Kühlung, Schmierung, Späneabtransport
- sekundär: Reinigung, Staub- und Partikelbindung, Korrosionsschutz
- Anforderungen: umwelt- und gesundheitsverträglich, rückstandslose Entfernung von Werkstücken

29. Was ist beim Einsatz von KSS zu beachten?
- Einige Anforderungen stehen im Widerspruch zu einander (z.B. gesundheitliche Verträglichkeit und Alterungsbeständigkeit)
- Ein Kompromiss zw. verschiedenen Anforderung muss gefunden werden.

30. Trockenbearbeitung: Was ist bei Werkzeug- und Maschinenauslegung zu beachten?
- Späne und Werkzeuge werden sehr heiß und während der Bearbeitung nicht gereinigt.

Kapitel 3.3

1. Was versteht man unter Maschinen- und Prozessfähigkeit? Wo liegt der Unterschied zw. diesen beiden Größen?
- Maschinenfähigkeit: [tex]c_m = \frac {OTG-UTG}{6\sigma}[/tex], [tex]\sigma \hat= Standardabweichung[/tex], OTG = Obere Toleranzgrenze, UTG = Untere Toleranzgrenze
- Prozessfähigkeit: genauso zu bestimmen.
- Unterscheidung: Bei beiden Werten werden Proben aus dem Fertigungsprozess entnommen um Mittelwerte zu bilden. Bei der Maschinenfähigkeit prüft man dabei 50 aufeinander folgende Teile mit nahezu identischen Randbedingungen und wertet diese aus. Bei der Prozessfähigkeit jedoch ermittelt man die Abweichungen über einen längeren Zeitraum und bei veschiedenen Randbedingungen und dann auch nur stichprobenartig.

2. Wodurch unterscheiden sich die Kennzahlen [tex]c_m[/tex] und [tex]c_{mk}[/tex] und wie werden diese bestimmt.
- [tex]c_m = \frac {OTG-UTG}{6\sigma}[/tex]
- [tex]c_{mk}= min (c_{mo}; c_{mu})[/tex]
- Während c_m nur Auskunft über die Streubreite der Abweichung gibt, wird bei c_mk zusätzlich die Lage der Abweichungen berücksichtigt.

3. Was für Genauigkeitswerte kennen sie und wie sind diese definiert?
- geometrische Genauigkeit: Rechtwinkligkeit, Gerdaheit, Steifigkeit,
- stationäre Gesamtgenauigkeit: Positioniergenauigkeit, wiederholgenauigkeit
- dynamische Gesamtgenauigkeit: Bahngenauigkeit

4. Was versteht man unter der dynamischen Steifigkeit einer Werkzeugmaschine? Was für Schwingungsanregungsmechanismen bei Werkzeugmaschinen kennen sie?
- Die dyn. Steifigkeit gibt an, wie sich die Maschine bei dynamisch periodischen Einflüssen verhält.
- Unterscheidung von selbst- und fremderregten Schwingungen.

5. Wie lässt sich das Schwingungsverhalten einer Werkzeugmaschine beeinflussen?
- höhere Dämpfung, geringe Massen und hohe Steifigkeiten
- Eigenfrequenzen durch höhere Massen verringern
- externe Anregungen unterbinden bzw. verringern

6. Wodurch wird die thermische Stabilität einer WZM beeinflusst und was für Wärmequellen gibt es in der und um die Maschine?
- Ungleiche thermisch bedingte Ausdehung innerhalb der Maschine sorgen für Verformungen.
- Wärmequellen intern: Motoren, Getriebe, Lager, hydraulische Teilsysteme,
- Wärmequellen extern: Späne, Fertigungsprozess, Umwelteinflüsse (Sonneneinstrahlung in der Halle, benachbarte Maschinen,...)

7. Welche Maßnahmen kann man gegen temperaturbedingte Maschinenfehler treffen?
- weniger interne Abwärme durch Verbesserung des Wirkungsgrades
- warme Maschinenteile nicht in der Nähe geometrisch relevanter Bauteile anordnen
- direkte Kühlung der Wärmequellen
- thermostabile oder thermosymmetrische Konstruktion

8. Was versteht man unter der Verfügbarkeit einer WZM und wie lässt sie sich ermitteln?
- [tex]V = \frac {MTBF}{MTBF+MTTR}[/tex], MTBF = meantime before failure (störungsfreier Betrieb), MTTR = meantime to repair (Reperaturzeit, angegeben pro Störung)
- Die Verfügbarkeit bildet das Verhältnis aus tatsächlicher Produktionszeit zu ihrer Laufzeit

9. Aus welchen Teilzeiten setzt sich die Belegungszeit zusammen?
- Betriebsmittelrüstzeit (Belegung der Maschine durch Rüsten), Betriebsmittel-Ausführungszeit (Zeit die zur Fertigung von m Teilen benötigt wird)

10. Wie kann man die Belegungszeit durch konstruktive Maßnahmen an der Maschine verkürzen und welche Rolle spielt die Schnittgeschwindigkeit?
- Verkürzung der Haupt-, Neben-, und Verteilzeiten
- Verkürzung der Rüstzeiten (z.B. durch erleichterte Bedienung der Steuerung)
- wird die Schnittgeschwindigkeit weiter erhöht (Haupt- und Nebenzeiten sinken) steigen die Kosten für Werkzeug und Maschine -> Mittelmaß finde!

11. Was für Möglichkeiten zur Verkürzung der Belegungszeit gibt es bei der Organisation des Fertigungsablaufen?
- grob gesagt: Parallelschaltung von Zeiten.
- Hauptzeiten: mehrere Werkstücke zugleich bearbeiten bzw. ein Werkstück durch mehrere Spindeln bearbeiten
- Haupt- und Nebenzeit: z.B. Vermessen des Teiles während der Fertigung eines anderen Teiles -> Mehrschlittensysteme
- Haupt- und Rüstzeiten: Mehrschlittensysteme mit mehr als einer Spannvorrichtung

Kapitel 4.9 (Teil 1)

1. Welche Eigenschaften weist ein idealer Werkstoff für Werkzeugmaschinengestelle auf?
- hohe Festikeit und hoher E-Modul
- geringe Wärmeleitfähirgkeit aber hohe Wärmekapazität
- geringe Masse
- gutes Dämpfungsverhalten
- einfache Verarbeitung, freie Formgebung und gute Oberfläche

2. Welche gebräuchlichen Werkstoffe für Maschinengestelle kennen sie? Nennen sie jeweils Vor- und Nachteile.
- Stahlguß, Vorteile: sehr freizügig formbar, hohe Steifigkeit; Nachteile: schlechte Dämpfungseigenschaften, hohe Modellkosten, lange Beschaffungszeit
- Grauguß, Vorteile: sehr freizügig formbar, gute Dämpfung, günstig, gut zerspanbar; Nachteile: geringe Steifigkeit, Festigkeit und Verschleißfestigkeit
- Stahl (geschweißt), Vorteile: schneller Aufbau und schnelle Verfügbarkeit, hohe Festigkeit und Steifigkeit; Nachteile: eingeschränkte Gestaltbarkeit, Schweißverzug, geringe Dämpfung
- Polymerbeton, Vorteile: frei gestaltbar, gute Dämpfungseigenschaften, große Wärmeträgheit; Nachteile: sehr geringe Steifigkeit, geringe Festigkeit, schwere Verarbeitung, nicht mehr änderba

3. Wodurch entstehen im Betrieb Verformungen des Maschinengestells?
- statische Kräfte: Vorspannkräfte, Gewichtskräfte, Reibungskräfte,...
- dynamische Kräfte: Unwuchten, Trägheiten, Getriebe,...
- thermische Einflüsse: Erwärmung von Lagern oder Hydraulik,...
- Auflösung von Eigenspannungen

4. Wodurch wird die statische Steifigkeit einer Werkzeugmaschine bestimmt? Verdeutlichen sie das Gesamtverhalten der Maschine anhand einer Analogie.
- [tex]k = \frac {F}{x} \hat = \frac {Kraft}{Verformung}[/tex]
- Eine Maschine lässt sich so als eine Reihen- bzw. Parallelschaltung vieler einzelner Federn darstellen.

5. Wodurch entstehen thermische Belastungen bei Werkzeugmaschinen und was sind ihre Konsequenzen?
- Entstehen durch: interne Wärmequellen (Lager, Getriebe, Antriebe,...), externe Wärmequellen (Sonneneinstrahlung, Hallenklima, angrenzende Maschinen,...)
- thermische Verformungen machen sich bei ungleichmäßiger Verteilung z.B. als Winkeländerungen durch Biegungen und Kippungen bemerkbar.

6. Skizzieren sie die Stribeck-Kurve. In welche Bereiche kann man sie Aufteilen.
- Haftreibung, Festkörperreibung, Mischreibung, Flüssigkeitstreibung
- Kurve, siehe S. 105 (Bild 4.30)

7. Was versteht man unter dem Begriff Stick-Slip-Effekt, und wie kann man diesen vermeiden?
- Beim SSE wechseln sich Haft- und Gleitreibung ab, der Körper gerät ins Rattern und wird nur ruckweise bewegt.
- Vermeiden (bzw. Reduzieren) lässt sich dieser Effekt durch die Umgehung der negativen Steigung der Stribeck-Kurve, durch eine höhere Steifigkeit des Vorschubantriebes und einen geringeren Reibungskoeffizienten.

8. Wodurch ist der Schubladeneffekt bedingt?
- Greift eine Kraft nicht im Schwerpunkt des Maschinenschlittens an, kann das resultierende Moment ab einem bestimmten Hebelarm zu einer Verdrehung und damit zu einem Verkanten an der Führung führen.

9. Erläutern sie den Effekt der hydrodynamischen Schmierung und nennen sie einige Einflussgrößen.
- Durch Einschleppen des drucklos zugeführten Schmiermediums in den Führungsspalt entsteht ein Druck, der den Schlitten schwimmen lässt. Die Führungspalte müssen dafür keilförmig sein.

10. Worin liegen die Unterschiede zwischen hydrodynamischen und hydrostatischen Führungen? Welche entscheidenen Vorteile haben letztere?
- Unterschied: drucklose Zuführung bei der hydrodyn. Führung, Zuführung unter Druck (5-50bar) bei der hydrostatischen Führung.
- Vorteile der hydrostat. Führung: bessere Notlaufeigenschaften, keine Anlaufreibung, Verschleißfreiheit.

11. Durch welche Größen wird der hydraulische Widerstand in hydrostatischen Führungen beeinflusst?
- hydraulischer Widerstand wird definiert als [tex]R_T = \frac {\Delta p}{Q} = \frac {12 \eta l}{bh^3}[/tex]
- Größen: b,h = Breite, Höhe des Spaltes, l = Spaltlänge, eta = dyn. Viskosität

12. Warum setzt man bei hydrostatischen Führungen auch lastabhängige Ölversorgungssysteme ein?
- Steigt die Belastung auf das Lager an, kann der Drosseldruck entsprechend angepasst werden, sodass die höhe des Ölspaltes weitestgehend konstant gehalten werden kann => Verbesserung der Steifigkeit.

13. Nennen sie einige Vor- und Nacteile von Aerostatischen Führungen. Warum sind diese nur sehr schlecht für dynamische Lasten geeignet?
- Vorteile: sehr kleine Reibungskoeffizienten, kein Stick-Slip-Effekt, pratisch kein Verschleiß, chemische Stabilität des Mediums, keine Verschmutzungen durch das Medium
- Nachteile: größere Abmessungen, pneumatische Instabilität, schlechte Notlaufeigenschaften, erhöhter Aufwand für Fertigung des Systems und die Aufbereitung des Mediums

14. Nennen sie einen großen Nachteil von Wälzführungen.
- Hoher Verschleiß und eine geringe Dämpfung

15. Warum ist die Größe der Kontaktfläche bei Wälzkörpern so entscheidend für die Lebensdauer?
- Je größer die Kontaktfläche ist, umso größer sind die Krafte, die das Lager aufnehmen kann, eine größere Fläche bei gleicher Last bedeutet also eine höhere Lebensdauer.

16. Warum eignen sich hydrodynamische Gleitlager nicht gut für die Lagerung langsam laufender Spindeln?
- Bei langsamen Spindeln besteht die Gefahr, dass die Geschwindigkeit nicht mehr hoch genug ist um einen konstanten Flüssigkeitsfilm in der Führung zu halten. Es besteht die Gefahr, dass Mischreibung und damit Verschleiß auftreten.

17. Was bedeutet der Druckwinkel alpha bei Radialwälzlagern, bzw. was ermöglicht ein Druckwinkel größer als 0 Grad?
- Der Winkel gibt den Winkel an, in dem ein Lager Kräfte aufnimmt bzw. weiterleitet.
- ein Winkel größer als Null Grad ermöglicht den Radialwälzlagern auch eine axiale Kraft aufzunehmen.

18. Wie ist die statische Tragzahl [tex]C_0[/tex] definiert? Wo liegt der Unterschied zur dynamischen Tragzahl C?
- [tex]C_0[/tex] wird für eine rein axiale bzw. eine rein radiale Kraft bestimmt, wenn das Lager stillsteht.
- Die statische Tragzahl wird für ein stillstehendes Lager bestimmt, die dynamische während der Drehung.
- für Kugeln als Wälzkörper: [tex]C_0=f_0*i*z_z*D_w^2*cos \alpha[/tex]
- für Rollen als Wälzkörper: [tex]C_0=f_0*i*z_z*D_w*I_{eff}*cos \alpha[/tex]
- die dynamische Tragzahl gibt die Lebensdauer in [tex]10^6[/tex] Umdrehungen an

19. Wie lautet die Lebensdauergleichung für Wälzlager und was bedeuten die in ihr enthaltenen Größen?
- [tex]L_{10} = (\frac {C}{P})^p[/tex]
- Größen: p = Exponent (aus Tabellen zu entnehmen), P = dyn. Lagerbelastung, C = dyn. Tragzal, [tex]L_{10}[/tex] = Millionen Umdrehungen

20. Nennen sie einige Vor- und Nachteile von Wälzlagern.
- Vorteile: internationale Normung und einfache Berechnung, sehr geringe Reibungskoeffizienten, hohe Tragfähigkeit, gute Rundlaufeigenschaften, geringe Baubreite und einstellbares Spiel und Steifigkeit (Vorpsannung!)
- Nachteile: Geräuschentwicklung, geringe Dämpfung, Radialer Raumbedarf, Empfindlichkeit gegen Stöße und Verschmutzung, Kühlung

Kapitel 4.9 (Teil 2)

21. Welche Lager sind steifer, Kugel- oder Rollenlager? Warum?
- Rollenkugellager sind steifer, Begründung: Die Rollen verteilen die Kraft auf eine größere Fläche und bieten damit weniger Verformung durch eine gleich große Kraft.

22. Welche Möglichkeiten zur paarweisen Anordnung von Wälzlagern kennen sie? Nennen sie jeweils einige Eigenschaften.
- X-Anordnung, Eigenschaften: nimmt axiale Kräfte in beide Richtungen, aber keine Kraglasten auf
- O-Anordnung, Eigenschaften: nimmt axiale Kräfte in beide Richtungen und Kraglasten auf
- Tandem-Anordnung

23. Aus welchen Anteilen setzt sich die statische Absenkung einer Arbeitsspindel zusammen und wodurch werden diese beeinflusst?
- [tex]Y_{ges}=Y_{k} +Y_{L}+ Y_{SP}[/tex]
- [tex]Y_{k}[/tex] = Durchbiegung des Gehäuses und der Maschine,
- [tex]Y_{L}[/tex] = Durchbiegung in den Lagern
- [tex]Y_{SP}[/tex] = Durchbiegung der Spindelwelle
- beeinflusst durch: E-Modul der Gehäuses und der Spindel sowie deren Massenträgheit, Steifigkeit der Lager

24. Welche Ziele sollte man bei der Optimierung des dynamischen Verhaltens einer Arbeitsspindel verfolgen?
- Diese Optimierung hat das Ziel, Eigenfrequenzen von Spindel und Gehäuse möglichst hoch zu halten, um Resonanzüberhöhungen und Resonanzfrequenzen zu vermeiden bzw. nicht zu erreichen.

25. Erläutern sie den Zielkonflikt zwischen statischer und dynamischer Steifigkeit einer Arbeitsspindel.
- Problem: die Anforderungen die beide Werte stellen sehen im Widerspruch zueinander
- hohe statische Steifigkeiten führen z.B. zu hohen Resonanzüberhöhungen im Lager-Spindel-System, ebenso wird die Dämpfung der Maschine auf die des Werkstoffes reduziert.

26. Wo liegen die Vorteile von integrierten Motorspindelsystemen?
- geringer Platzbedarf, Kostenvorteile gegenüber konv. Systemen, keine Schwingungen mehr zw. An- und Abtrieb, "plug'n'play", hohe Verdrehsteifigkeit und Positioniergenauigkeit

27. Von welchen Größen ist die Drehzahl eines Asynchronmotors abhängig?
- [tex]n = \frac {60*f}{p} * (1- \sigma)[/tex]
- sigma = Schlupf, p = Polpaarzahl, f = Speisefrequenz

28. Skizzieren sie die Drehmoment-Drehzahl- und Läuferstrom-Drehzahl-Kennlinie eines ASM. Wie lassen sich die Anfahrströme reduzieren?
- Kennlinie, siehe S. 160 (Bild 4.123)
- die Anfahrströme lassen sich durch die sog. Stern-Dreieck-Schaltung reduzieren

29. Was für Bauarten von Servomotoren kennen sie? Nennen sie jeweils einige Vor- und Nachteile.
- Asynchronmotor, Vorteile: kompakt, hohe Überlastbarkeit, hohe Schutzart möglich, wartungsfrei; Nachteile: teure Ansteuerung, hohe Abwärme, geringerer Wirkungsgrad
- Synchronmotor, Vorteile: sehr gute Dynamik, Wärmeabführ, hohe Schutzart, wartungsfrei, hohe Überlastbarkeit; Nachteile: maximale Drehzahl begrenzt, höhere Kosten gegenüber ASM
- Gleichstrommotor, Vorteile: gute Dynamik, hohe Gleichlaufgüte, großer Drehzahlstellbereich, kostengünstig, einfache Ansteuerung; Nachteile: Verschleiß, begrenzte Dynamik, Wärmeabfuhr über Rotor, Transformator erforderlich

30. Welche Vor- und Nachteile hat ein Gleichstrommotor gegenüber Drehfeldmaschinen?
- Vorteile: Gleichlaufgüte, größerer Drehzahlstellbereich, einfache Ansteuerung und damit geringere Kosten,
- Nachteile: Transformator und Wärmeabfuhr über den Rotor

31. Wie errechnet sich die Drehzahl eines Synchronmotors? Wo liegt der Unterschied zum Asynchronmotor?
- [tex]n= \frac {60*f}{p}[/tex]
- Der Unterschied ist der nicht vorhandene Schlupf [tex]\sigma[/tex]

32. Welche besonderen Eigenschaften kennzeichnen einen Torque Motor?
- Torque Motoren bringen selbst bei geringen Drehzahlen schon hohe Drehmomente auf
- Einsatz vor allem bei Aufgaben für hohe Präzision, Positionen an denen aus Platzmangel kein Getriebe gewünscht ist

33. Was stellt die Motivation zur Einführung von Linearmotoren dar?
- Kugelgewindetriebe oder Ritzel-Zahnstagen weisen Spiel und Elastizität auf und haben daher eine geringere Laststeifigkeit. Desweiteren sorgen diese Antriebe durch ihre Eigenmasse für zusätzliche Massenträgheiten und begrenzte Beschleunigungen. Beide Probleme bestehen bei Linearmotoren nicht.

34. Erläutern sie das Funktionsprinzip eines Linearmotors.
- Linearmotore können sowohl nach dem Funktionsprinzip des Asynchronmotors, des Gleichstrommotors als auch nach dem des Synchronmotors gebaut werden
- Linearmotoren können als abgewickelte Rotatorische Motoren angesehen werden.

35. Welches Problem ergibt sich beim Einsatz von Linearmotoren als Vorschubantrieb für die z-Achse, und wie begegnet man diesem?
- Diese Motoren sollten keine Haltekräfte aufbringen müssen, also muss der Schlitten gebremst bzw. gehalten werden. Um die Gewichtskraft zu halten wird ein hydraulischer Antrieb eingesetzt.

36. Welche Voraussetzungen muss eine Werkzeugmaschine für den Einsatz von Linearmotoren erfüllen?
- kleine bewegte Massen (kleine hydraulische Bremsen)
- hochauflösende Messsysteme
- dynamische Regelungen
- geringe Reibung in den Führungen
- hohe Verfahrgeschwindigkeiten und -beschleunigungen sollten möglich sein

37. Wie realisiert man einen Spielausgleich bei Zahnstangengetrieben?
- Mit Hilfe von zwei Motoren, die sich je nach Verfahrrichtung unterschiedlich starke Momente aufbringen und so das Spiel in die jeweils andere Richtung minimieren.

38. Auf welche Arten kann man eine Kugelgewindespindel lagern, und was ist dabei zu beachten?
- fest-fest: Thermische Ausdehungen können nicht ausgeglichen werden und führen zu starken Belastungen.
- fest-los: Verschiebung wird mit steigender Entfernung zum Festlager größer -> aufwendige (direkte) Wegmesssysteme notwendig.
- fest-vorgespannt: bis zu einem gewissen Punkt verhält sich die Lagerung wie fest-fest, nach Überschreitung der Vorspannkraft wie fest-lose

39. Nach welchen Aspekten kann man Getriebe unterscheiden?
- gleichförmig/ungleichförmig
- Stufen- und stufenlose Getriebe
- Zugmittel/elektrisch/hydraulisch/pneumatisch
- (die wichtigsten Getriebe sind Zahnradgetriebe, Zahn- und Keilriementriebe)

40. Erläutern sie die Funktionsweise eines Harmonic Drive Getriebes und nennen sie einige Vor- und Nachteile.
- Zum Funktionsprinzip: S. 192, Bild 4.178, der Außenverzahnte, flexible, Innenring wird durch den Antrieb in die Zähne des Außenringes gedrückt und übersetzt so die Bewegung.
- Vorteile: Sehr hohe Übersetzungen (i=30-350...), koaxiale Anordnung von An- und Abtrieb und daher kompakte Bauform
- Nachteile: sehr geringer Wirkungsgrad

Kapitel 4.9 (Teil 3)

41. Aus welchen Gründen setzt man Ausgleichs- und Sicherheitskupplungen ein?
- Ausgleichskupplungen werden zur Kompensation von z.B. fertigungs- oder montagebedingten Versätzen eingsetzt
- Sicherheitskupplungen sollen Kollisionsschden vermeiden und trennen An- und Abtrieb bei Überlast

42. Wo liegt der Unterschied zwischen direkten und indirekten Messverfahren? Nennen sie jeweils Vor- und Nachteile.
- indirekte Messung: Hier wird z.B. der Verdrehwinkel des Motors oder der Spindel gemessen und der zurückgelegte Weg dadurch berechnet.
- Vorteile: hohe Zuverlässigkeit und einfacher Aufbau; Nachteile: zusätzliche Fehlerquellen in den Übertragungsglieden
- direkte Messung: Hier wird die tatsächliche Position des Schlittens gemessen.
- Vorteile: höhere Genauigkeit, Fehler nur noch im Messsystem selbst; Nachteil: erheblicher Mehraufwand

43. Erläutern sie das Prinzip der digitalen Messwerterfassung und benennen sie den Unterschied zum analogen Verfahren.
- Bei der digitalen Messwerterfassung wird der Eingangsgröße ein festgelegter Wert der Ausgangsgröße zugeordnet. Diese Werte haben einen defintierten Abstand, zwischen diesen Werten wird die Ausgangsgröße nicht weiter verändert.
- Analoge Systeme messen absolut und reagieren auf jede Veränderung der Eingangsgröße.

44. Was versteht man unter absolutem und inkrementellen Messen? Nennen sie jeweils einen bedeutenden Nachteil des absoluten und des inkrementellen Verfahrens.
- Absolut: jeder Punkt des Maßstabes ist durch eine Codierung eindeutig definiert. Nachteil: höherer Aufwand für die digitale Codierung und Bedarf einer zweiten Recheneinheit für Referenzpunktverschiebungen.
- inkrementell: relative Messung vom Referenzpunkt aus (z.B. durch Zählung der Schritte). Nachteil: Bei Ausfall des Systems muss der Referenzpunkt neu angefahren werden.

45. Was versteht man unter zyklisch-absoluten Messen
- Ein definierter Weg wird in definierten Abständen wiederholt. Jede Position ist damit während einer Periode fest definiert.
- durch Zählung der Perioden vereint dieses System so die Vorteile der inkrementellen und der absoluten Messmethode.

46. Wie realisiert man eine Richtungserkennung bei inkrementellen Messsystemen?
- 2 Messsignale werden um 90° einer Periode versetzt angeordnet und je nachdem, welcher Sensor zuerst reagiert, lässt sich dich Richtung fest zuordnen.

47. Erläutern sie den Aufbau photoelektrischer Messsysteme. Welche 2 Verfahren kann man unterscheiden?
- Unterscheidung: Durch- und Auflichtverfahren
- Aufbau: Durch Reflexion oder Transmission fällt Licht auf einen Sensor (oder halt nicht), der dies in ein elektrisches Signal umwandelt.

48. Bei photoelektrischen Messsystemen ist die Auflösung begrenzt durch die Teilung des Glasmaßstabes, bzw. durch die erreichbare Fertigungsgenauigkeit. Wie lässt sie sich weiter erhöhen?
- Durch Interpolation der periodischen Messsignalen (bei mehr als einem Signal)

49. Was versteht man unter dem Begriff Gray-Code? Welches Problem lässt sich durch ihn beseitigen?
- Beim Gray-Code wird der Binärzustand immer nur in einer Zeile geändert, damit lässt sich das Problem beheben, dass Binärzustands-Änderungen nicht immer eindeutig waren und von der Steuerung fehlinterpretiert werden konnten.

50. Erklären sie die Funktionsweise eines induktiven Messsystems.
- Bei induktiven Systemen wird eine Leiterschleife in einem Magnetfeld eines zweiten Leiters bewegt wodurch in ihr eine Spannung induziert wird, die abhängig von der Lage der beiden Leiter zeinander ist. Durch Messung der Spannung kann die Position bestimmt werden.

51. Welchen Vorteil haben magnetische Messsysteme gegenüber photoelekrischen Verfahren?
- Geringeres Bauvolumen und ihre Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen

52. Erläutern sie das Funktionsprinzip eines Michelson-Interferrometers.
- Siehe: S. 204, Bild 4.213

53. Auf welche Weise kann man die Drehzahl der Vorschubantriebe erfassen?
- erste Möglichkeit: Ausnutzung der Proportionalität von Drehzahl und Spannung am Generator
- zweite Möglichkeit: Differenzierung des Verfahrinkrementes

54. Welche Aufgabe hat die Leistungselektrinik einer Werkzeugmaschine?
- Das Signal einer Steuerung muss zur Ansteuerung des Motors umgewandelt werden, diese Aufgabe übernimmt die Leistungselektronik.

55. Auf welche Arten lässt sich die Schnittstelle zwischen NC-Steuerung und Leistungselektronik gestalten? Was für Sollwerte werden dabei jeweils von der Steuerung ausgegeben?
- Strom-, Drehzahl- und Lageregelung (Kennwerte entsprechend!)

56. Skizzieren sie das Blockschaltbild eines Lagerregelkreises mit unterlagerter Geschwindigkeits- und Stromrückführung. Grenzen sie die 3 Bereiche Regelung, Antrieb und Messsysteme ab.
- Folien K4_8 4/5

57. Wozu dienen die untergelagerten Regelkreise? Warum kommt überhaut so eine komplexe Kaskadenregelung zum Einsatz?
- Rückführung: notwendig für Abgleich von Soll- und Istwert.
- Kaskadenregelung: ermöglicht höhere Dynamik

58. Wie ist die Geschwindigkitsverstärkung [tex]K_v[/tex] definiert? Skizzieren sie die Antwort auf einen Sollwertsprung mit großen und kleinem [tex]K_v[/tex].
- [tex]K_v = \frac {\dot x}{x_w}[/tex]
- Skizze, siehe Folie K4_8 6

59. Was ist für die optimale Auslegung eines Lageregelkreises für Werkzeugmaschinen zu beachten?
- Hohe Kreisverstärkung
- Hohe Dämpfung zur Vermeidung von Instabilitäten und Überschwindungen
- kleine Massenträgheiten
- hohe Eigenfrequenzen (hohe Steifigkeiten!)
- geringen Spiel

60. Erläutern sie die interne Struktur einer NC-Steuerung.
- Datenein- und -ausgabe (Manuell, CAM, CAD)
- Verarbeitung (Generierung der Sollwerte, Verknüpfung der Technologiedaten, z.B. Werkzeugwechsel)
- Prozessein-/-ausgabe (Aktorik und Sensorik)

61. Welche Aufgabe hat der NC-Interpreter? Was ist die Folge wenn nicht in ausreichendem Maße Rechenleistung zur Verfügung steht?
- Der NC-Interpreter übersetzt die Eingangsdaten der verschiedensten Formaten in ein Format, welches die Maschine lesen kann.
- Ist er wegen mangelnder Rechenleistung nicht dazu in der Lage, kommt es zu Vorschubeinbrüchen, da die Übersetzung eines Schrittes länger dauert als die Ausführung des vorherigen. (Puffer verwenden!)

62. Wozu ist die Geometriedatenverwaltung zuständig?
- Erfasst und verarbeitet Nullpunktsverschiebungen (durch Werkzeuglänge bzw. -radius) und Geschwindigkeitsführungen
- Prüft die anliegenden Arbeitssätze auf ihre Machbarkeit

63. Was für Steuerungs- und Interpolationsarten kennen sie? Erläutern sie kurz die Unterschiede.
- Bahnsteuerung: Linearinterpolation (zwei aufeinanderfolgende Punkte werden durch eine Gerade verbunden), Zirkularinterpolation (zwei Punkte werden durch eine Zylinerkurve verbunden), Spline-Interpolation: (Tagenten werden an den Sollwert-Verlauf angelegt und abgefahren -> Kriterium für die Kurve ist ein geringer Energieverbrauch, keine "Umwege")
- Punktsteuerung: Punkt für Punkt wird abgefahren (nur für Bohrmaschinen sinnvoll)

64. Wozu dient eine Bearbeitungssimulation?
- Simulationen dienen in erster Linie dazu, zu prüfen ob die Bearbeitung wie geplant durchführbar ist.