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Maschinenelemente
Fink
| Question | Answer |
|---|---|
| Verbindungsarten | - Stoffschlüssige Verbindungen - Formschlüssige (kraftschlüssige) Verbindungen |
| Stoffschlüssige Verbindungen | 1. artfremder Zusatzwerkstoff - Klebeverbindungen - Lötverbindungen 2. arteigener Zusatzwerkstoff - Schweißverbindungen |
| Formschlüssige Verbindungen | - Bolzen - Stifte - Niete - Sicherungs-elemente - Schrauben |
| physikalische Grundlagen Klebeverbindungen | 1. Adhäsion zwischenmolekulare Kräfte in Grenzschicht zwischen zwei Werkstoffen 2. Kohäsion zwischenmolekulare Kräfte innerhalb eines Werkstoffs |
| Arten von Klebstoffen | 1. physikalisch abbindende Klebstoffe 2. chemisch abbindende Klebstoffe |
| physikalisch abbindende Klebstoffe | 1. Lösungsmittel-/Dispersionsklebstoffe: - Gemisch aus Klebstoff und Lösungsmittel oder Dispersion 2. des weiteren: - Leime - Schmelzklebstoffe - Kontaktklebstoffe |
| chemisch abbindende Klebstoffe | 1. Zweikomponentenkleber - Kunstharz (z.B. Epoxidharz) + Katalysator 2. Einkomponentenkleber - z.B. Cyanacrylat (Sekundenkleber) |
| Funktionsprinzip physikalisch abbindende Klebstoffe | 1. Vorbereitung - Oberflächen chemisch rein 2. Kleben - Werkstückoberflächen mit Kleber bestreichen - abbinden lassen-Lösungsmittel verdunstet - Werkstücke zusammenpressen 3. Ergebnis - Adhäsionskräfte zw.Klebstoffschicht&Werkstück |
| Funktionsprinzip chemisch abbindende Klebstoffe | 1.Vorbereitung -Oberflächen chemisch rein -ggf.Zweikomponentenkleber anmischen 2.Kleben -Werkstücksoberfläche mit Kleber bestreichen -Werkstücke sofort zusammenpressen 3.Ergebnis -Kohlenwasserstoffe der Kunstharze vernetzen durch Katalysator oder |
| Beanspruchungsarten | - Schälbeanspruchung - Schub-Scher-beanspruchung - Zug-Scher-beanspruchung - Zugbeanspruchung - Druckbeanspruchung - Torsionsbeanspruchung |
| Vorteile Klebeverbindungen | -großflächige Klebungen -gleichmäßige Spannungsverteilung und Kraftübertragung -unveränderte Oberfläche und Gefügestruktur -Gewichtsersparnis -dichtende Verbindungen -Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe -zu verbindende Werkstücke werden nicht bes |
| Nachteile Klebeverbindungen | -anspruchsvolle Umsetzung -Alterung -Kontrollverfahren -flächenbezogen mäßige Festigkeiten -Klebung temperaturbegrenzt |
| Technische Anwendungen Klebeverbindungen | Fenstergläser und Windschutzscheibe in KFZ -mit Rumpf verklebte Tragwerke bei Flugzeugen -Zahnersatz: Verkleben von Brücken, Kronen, Verblendschalen und Inlays -oberflächenmontierte, elektronische Bauelemente -Klebebänder |
| Funktionsprinzip Löten | 1.Vorbereitung -Lotstelle metallisch rein -Werkstück auf Arbeitstemperatur 2.Löten -Lot wird verflüssigt -benetzt Werkstück läuft durch Kapillar-wirkung in Lötspalt (ideal 0,05-0,2 mm) 3.Ergebnis -Oberflächenbindung durch erstarrtes Lot -Leg |
| Vorteile Löten | -Verbindung verschiedener Metalle -niedrige Arbeitstemperatur -gute elektrische Leitfähigkeit -Bauteile nicht durch Löcher geschwächt -Bauteile leichter dicht zu halten -automatisierbar |
| Nachteile Löten | -größere Lötstellen unwirtschaftlich -Gefahr der elektrolytischen Zerstörung (Aluminium) -geringe Festigkeit -hoher Aufwand bei der Vorbereitung |
| Verfahrensarten Löten | 1.Weichlöten 2.Hartlöten 3.Hochtemperaturlöten |
| Weichlöten | -bis 450° -Wärmezufuhr Lötkolben,Schmelzbad,Ofen,el.Wiederstand -Werkstoffe Stahl,Kupfer(-legierungen) |
| Hartlöten | -450° bis 900° -Wärmezufuhr Lötflamme,Schutzgasofen,el.Strom -Werkstoffe (Edel)stahl, Gusseisen, Nickel(-legierungen), Edelmetalle |
| Hochtemperaturlöten | -über 900° -Wärmezufuhr Schutzgasofen, Vakuum -Werkstoffe Eisen-, Nickel und Kobaltlegierungen, Sondermetalle, Keramik + Metall, Hartmetall + Metall, Keramik + Hartmetall |
| Funktionsprinzip Schweißen | 1.Vorbereitung -keine 2.Schweißen -Werkstücke im Fügebereich aufschmelzen -ggf. Zusatzwerkstoff zuführen -ggf. Werkstücke anpressen -ggf. Glühen, um Gefüge-veränderungen auszugleichen 3.Ergebnis -geschmolzenes Material der Werkstücke und |
| Kriterien für die Einteilung der Schweißverfahren | -nach Wärmezufuhr -nach Hilfsstoffen -nach Zweck -nach physikalischem Vorgang -nach Werksstoff |
| Einteilung nach Wärmezufuhe | -el. Lichtbogen -el. Widerstand -Strahlung (Laserschweißen) -Gasflamme (Autogenschweißen) -chemische Reaktion -Reibung -Pressung im kalten Zustand |
| Einteilung nach Hilfsstoffen | -umhüllte oder gefüllte Elektrode -Pulver (UP-Schweißen) -Schutzgas: WIG MIG Plasma CO2 |
| Einteilung nach Zweck | -Auftragsschweißen -Verbindungsschweißen |
| Einteilung nach physikalischem Vorgang | -Pressschweißen -Schmelzschweißen |
| Einteilung nach Werksstoff | -Metallschweißen -Kunststoffschweißen |
| Vorteile Schweißen | -Gewichtsersparnis (keine Überlappungen) -große konstruktive Gestaltungsfreiheit -Bauteile nicht durch Löcher geschwächt -größere Formsteifigkeit (gegenüber Gusseisen) -glatte Wände (Ästhetik, Korrosionsschutz, Sauberkeit) -werkstoffsparende, wirtsch |
| Nachteile Schweißen | -hoher Wärmeeintrag -Schrumpfungen -Spannungen -Gefügeveränderungen -hochqualifiziertes Personal benötigt -nur bedingt automatisierbar -schwierige Qualitätskontrolle (z.B. der Kehlnähte) |
| Ausrüstung beim Gasschweißen | 1.Sauerstoffflasche mit Druckminderer 2.Acetylenflasche mit Druckminderer 3.Gebrauchsstellenvorlage 4.Sauerstoffschlauch 5.Acetylschlauch 6.Schweißbrenner 7.Schweißstab 8.Werkstück 9.Schweißflamme |
| Prinzip Tiefschweißen | |
| Aufbau Laser | |
| Funktionsweise Laser | |
| Eigenschaften Laserstrahlung | Im Gegensatz zu natürlichem Licht ist Laserstrahlung: 1.einfarbig-> besteht aus einer genau definierten Wellenlänge und Frequenz 2.zusammenhängend(Koheränz)->elektromagnetische Wellen schwingen im Takt 3.nahezu parallel(Polarisation)->Strahlung weitet |
| Anwendungsbereiche Laser | -Fügen -Trennen -Beschriften -Abtasten -Messen -Kühlen |
| Vorteile Nietverbindungen | -keine ungünstigen Werkstoffbeeinflussungen -Verbindung ungleicher Werkstoffe -leichte und sichere Kontrolle -billig herzustellen -lösbar durch Abschlagen der Köpfe -kein schlagartiges Versagen bei Überlast und Stoß |
| Nachteile Nietverbindungen | -Bauteile durch Nietlöcher geschwächt -allg. schwere Konstruktionen -keine glatten Wände durch Überlappung -ungünstiger Kraftfluss -teurer als Schweißen |
| Einteilungskriterien Schrauben | -nach Profilform -nach Gangzahl -nach Windungssinn -nach Form -nach Antrieb -nach Schaft |
| Einteilungskriterium nach Profilform | -metrisches Gewinde -Whitworth-Rohrgewinde -Trapezgewinde -Sägegewinde -Rundgewinde |
| Einteilungskriterium nach Gangzahl | -eingängiges Gewinde -mehrgängiges Gewinde |
| Einteilungskriterium nach Windungssinn | -Rechtsgewinde -Linksgewinde |
| Einteilungskriterium nach Form | -Kopfschrauben -Stiftschrauben -Gewindeschrauben |
| Einteilungskriterium nach Antrieb | -Sechskant, Dreikant, Achtkant, Vierkant usw. -Schlitz -Kreuzschlitz -Innensechskant -Sonderformen |
| Einteilungskriterium nach Schaft | -Vollschaft -Dünnschaft -Dehnschaft -Passschaft |
| Arten von Stiften als Verbindungselement | |
| Was ist ein Drehmoment? | physikalische Größe, die bei der Beeinflussung der Drehzahl (Zunahme oder Abnahme) eines drehbaren Körpers wirkt. |
| Einheit des Drehmoments | Newtonmeter |
| Berechnung Drehmoment | -Drehmoment=Kraft*Hebelarm -M=F*I |
| Unterschied feststehende und umlaufende Achsen | - Feststehenden Achsen drehen sich nicht, sitzen lose auf dem Bauteil auf - Umlaufende Achsen drehen sich gemeinsam mit dem Bauteil |
| Vorteil feststehende Achsen | nur ruhend auftretende Biegung = wenig beansprucht, hohe Tragfähigkeit |
| Nachteil feststehende Achsen | umständliche Schmierung durch Bohrungen |
| Vorteil umlaufende Achsen | einfache Schmierung über das Lager |
| Nachteil umlaufende Achsen | wechselnde Biegebeanspruchung = geringere Tragfähigkeit, schnellere Materialermüdung |
| Kritische Größen bei Achsen und Wellen | - biegekritische Zahl - verdrehkritische Drehzahl |
| Was ist ein Zapfen? | -in den Lagern laufende Teile von Wellen und Achsen -Sicherung gegen axiales Verschieben durch Wellenabsatz -Lagern der Wellen/Achsen bzw. Aufnehmen von Bauteilen |
| Einteilung der Zapfen | -nach Form *Zylinderzapfen *Kegelzapfen *Kugelzapfen -nach Lage *Stirnzapfen *Halszapfen *Kurbelzapfen -nach Hauptkraftrichtung *Tragzapfen *Stützzapfen/ Spurzapfen |
| Was ist eine Nabe? | Mitte des Bauteils, die die Welle aufnimmt |
| Welle-Nabe-Verbindungen | -kraftschlüssige Verbindungen -formschlüssige Verbindungen -vorgespannte formschlüssige Verbindungen -stoffschlüssige Verbindungen (selten, da nicht lösbar) |
| Aufgabe von Lager | relativ zueinander bewegliche Teile insbesondere Achsen und Wellen abzustützen oder zu führen und die dabei auftretenden Kräfte auf Fundamente, Gehäuse oder Bauteile zu übertragen. |
| Einteilungskriterien Lager | -nach Belastungsrichtung -nach Bewegungsverhätlnissen |
| Unterschied Festlager und Loslager | |
| Was ist eine Kupplung? | dienen der festen und beweglichen, starren oder elastischen und, falls betrieblich bedingt, der ein- und ausrückbaren Verbindung von Wellen und auch anderen Bauteilen zur Übertragung von Drehmomenten. |
| Einteilungskriterien Kupplung | -nicht schaltbare Kupplungen -schaltbare Kupplungen -Kupplung für Sonderzwecke |
| nicht schaltbare Kupplungen | 1.starre Kupplungen -Schalenkupplung -Scheibenkupplung 2.drehstarre Kupplungen -Klauenkupplung -Kardangelenk -Gelenkwelle 3.drehnachgiebige Kupplungen -Schlangenfederkupplung -hochelastische Wulstkupplung |
| schaltbare Kupplungen | 1.formschlüssige Kupplungen -schaltbare Klauenkupplung 2.Kraftschlüssige Kupplungen -Einscheibenkupplung |
| Kupplungen für Sonderzwecke | 1.Sicherheitskupplung -Abscherkupplung -Rutschkupplung 2.Fliehkraftkupplung 3.Freilaufkupplung |
| Wie funktioniert eine KFZ-Kupplung? | |
| Zahnradarten | |
| Aufgaben Getriebe | -Übertragung von Drehmomenten -Verändern der Drehzahl (und damit auch des Drehmoments) -Umkehr der Drehrichtung |
| Übersetzungsverhältnis | |
| Getriebearten | -Zahnradgetriebe -Riemengetriebe -Kettengetriebe |
| Unterschied Kraftmaschine Arbeitsmaschine | Kraftmaschinen: wandeln Energieform, wie thermische oder elektrische Energie, in mechanische Energie bzw. mechanische Arbeit um Arbeitsmaschine:angetriebene Maschine,die Energie in Form von mechanischer Arbeit aufnimmt.Arbeitsmaschinen erzeugen Strom ode |
| Beispiele Kraftmaschinen | |
| Beispiele Arbeitsmaschinen | |
| Nullpunkt | -273.15° bezeichnet den unteren Grenzwert der Temperatur definiert den Ursprung der absoluten Temperaturskala und wird als 0Kelvin festgelegt |
| Was ist ein ideales Gas? | |
| Isobare Zustandsänderung | Druck bleibt konstant |
| Isochore Zustandsänderung | Volumen bleibt konstant |
| Isotherme Zustandsänderung | Temperatur bleibt konstant |
| Zustandsänderung bei der sich alle drei Größen ändern | -polytrope Zustandsänderung -Druck, Volumen, Temperatur sind veränderbar |
| 1. Hauptsatz der Thermodynamik | - Energieerhaltungssatz - Summe der einem System von au ßen zugeführten Wärme und der zugeführten Arbeit ist gleich der Zunahme der inneren Energie |
| Adiabatische Zustandsänderung | -Zustandsänderung, bei der kein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet -innere Energie wird vollständig in Arbeit umgesetzt bzw. umgekehrt Arbeit in innere Energie |
| 2. Hauptsatz der Thermodynamik | -Wärme kann nicht von selbst von einem Körper niedriger Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur übergehen -Wärme kann nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden -Der Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses kann nicht übertroffen werden -In einem g |
| Was ist ein Kreisprozess? | -gasförmiges Medium leistet periodisch oder kontinuierlicher Dehnungsarbeit(Volumenänderung) -Medium wird nach verrichteter Arbeit auf anderem Wege wieder in seinen Urzustand versetzt -geschlossener Linienzug im p-V-Diagramm ->Kreisprozess |
| Maschinenart mit rechsherum laufendem Kreisprozess | |
| Maschinenart mit linksherum laufendem Kreisprozess | |
| Kreisprozess mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad | |
| Wärmekraftmaschinen mit innerer Verbrennung | -Ottomotor -Dieselmotor -Wankelmotor |
| Otto-Kreisprozess | 1. Takt: Ansaugen Einlassventil geöffnet, Auslassventil geschlossen, Kolben nach unten ->Luft strömt in Kolben 2.Takt: Kompression Einlass geschlossen, Auslass geschlossen, Kolben nach oben ->Luft wird verdichtet, Benzineinspritzung am Taktende 3. |
| Takte mit Zustandsänderungen | 1. Takt ->inentrope Kompression 2. Takt ->isochore Wärmezufuhr 3. Takt ->isentrope Expansion 4. Takt ->isochore Wärmeabfuhr |
| Unterschied Otto- Dieselmotor | Diesel: -geringer Kraftstofferbrauch -geringere Emissionen (aber: Rußbildung) -großes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen Benziner: -geringes Leistungsgewicht -großer nutzbarer Drehzahlbereich -geringere Anschaffungskosten -hohe Laufruhe |
| Wankelmotor | -Rotationskolbenmotor -Verbrennungsenergie ohne den Umweg einer Hubbewegung direkt in eine Drehbewegung umgesetzt |
| Kreisprozess Dampfmaschine | 1.Frischdampfventil geöffnet, Zylinderdruck=Kesseldruck->Isochore 2.Frischdampf strömt in Zylinder und verrichtet Arbeit->Isobare 3.Einlassventil geschlossen,weitere Expansion->Adiabate 4.Auslassventil geöffnet,Zylinderdruck=Außendruck->Isochore 5.Kol |
| Kesselarten von Dampfmaschinen | -Rauchrohrkessel -Wasserrohrkessel |
| Aufbau Dampfturbine | |
| Funktion Dampfturbine | |
| Wofür werden Gasturbinen eingesetzt? | -zur Energieerhaltung -als Antrieb |
| Aufbau Gasturbine | |
| Funktionsprinzip Gasturbine | -Luft wird durch einen thermodynamischen Prozess im Triebwerk beschleunigt. -Durch die so entstandene Impulsdifferenz wird eine Vortriebskraft erzeugt -> Rückstoßprinzip |
| Wo werden Wasserturbinen eingesetzt? | geringe Fallhöhen bei großem Volumenstrom |
| Arten von Wasserturbinen | - Francisturbine - Peltonturbine |
| Einsatzbereiche Elektromotoren | -Antrieb von Arbeitsmaschinen -Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge -Haushaltsgeräte |
| Vorteile von Elektromotoren gegenüber Verbrennungsmotoren | -Wirkungsgrad bis zu 80 % -maximales Drehmoment bereits bei niedrigen Drehzahlen -keine direkten Emissionen->Einsatz in Werkhallen&Ballungsgebieten z.B. Straßenbahn -Klimaschutz -geringere Betriebskosten -einfacher Systemaufbau und hoher Fahrkomfort( |
| Fremderregter Gleichstromgenerator | Maschine nimmt elektrische Leistung auf und gibt mechanische Leistung ab |
| Mit welchen Stromarten werden Elektromotoren betrieben? | -Gleichstrom -Drehstrom -Wechselstrom |
| Induktion | |
| Wie verhalten sich Ursache und Wirkung bei der Induktion? | Bei der Induktion ist die Wirkung der Ursache entgegen gerichtet Wirkung:Induktionsspannung->Strom->magnetisches Wirbelfeld Ursache:äußeres Magnetfeld |
| Nutzbremsung | gewinnt beim Bremsen die Bewegungsenergie als elektrische Energie zurück |
| Aufbau Gleichstrommotor | |
| Aufgabe Kommutator | |
| Unterschied Gleichstromnebenschlussmaschine Gleichstromreihenschlussmaschin | |
| Warum kann man für einen Gleichstromreihenschlussgenerator keine Leerlaufkennlinie zeichnen? | -bei abfallender Last steigt Drehzahl stark an -Motor besitzt keine endliche Leerlaufdrehzahl -bei Leerlauf beschleunigt Motor bis zur mechanischen Zerstörung->Niemals unbelastet betreiben -Leerlauf=keine Last->offener Ankerkreis->kein Stromfluss->kein |
| Drehstrom | Dreiphasen-Wechselstrom |
| Aufbau Drehstrommotor | Ständer Läufer Drehfeld |
| Unterschied Drehstromsynchronmotor Drehstromasynchronmotor | |
| Warum wird bei einem Allstrommotor ein geblechtes Ständereisen verwendet? | gegen Wirbelstromverluste - Wirbelstromverluste = Wechselstrom induziert Ströme in Ständereisen - geblecht = viele dünne gegeneinander isolierte Bleche |
| Wovon ist die Drehrichtung eines Kondensatormotors abhängig? | abhängig von Verschaltung des Kondensators |
| Vorteile Allstrommotor | -Betrieb an GS und WS -großes MA -großes M bei kleinen n |
| Nachteile Allstrommotor | -Kohlebürsten -Funkenentstörung -weiches Drehzahlverhalten |
| Vorteile Kondensatormotor | -relativ guter Wirkungsgrad -laufruhig -wartungsfrei -Drehrichtung leicht umkehrbar |
| Nachteile Kondensatormotor | -Kondensator -kleines MA -relativ schwer |
| Vorteile Spaltpolmotor | -einfacher und günstiger Aufbau -laufruhig -wartungsfrei |
| Nachteile Spaltpolmotor | -geringerer Wirkungsgrad -keine Umkehr der Drehrichtung |
| Fördertechnik | Technik des Fortbewegens von Arbeitsgegenständen und Personen durch technische Hilfsmittel in beliebiger Richtung und über begrenzte Entfernungen. Sie schließt auch die Lehre von den Fördermitteln und den durch sie gebildeten Systemen ein. |
| Arten von Fördersystemen | 1.Stetigförderer -kontinuierliches Arbeiten über längeren Zeitraum -z.B. Rolltreppe, Förderband, Rollenbahn 2.Unstetigförderer -einzelne Arbeitsspiele, Richtungsumkehr und Leerbewegungen -z.B. Aufzug, Gabelstapler, Kran, Kipper |
| Kranarten | Kreisförderer -Verwendung in Schlachthöfen Power-and-Free-System Elektrohängebahn |
| Elektrohängebahn | -alle Wagen individuell über Elektromotoren angetrieben -Stromversorgung über Schleifkontakte oder induktiv, Steuerung per Funk oder induktiv -Fahrweg und Fahrziel individuell programmierbar |
| Stückgut | Paletten, Kisten, Pakete, etc. |
| Schüttgut | Sand, Erz, Getreide, etc. |
| Fördertechnische Bauteile | -Seile und Flaschenzüge -Seilrollen, Seiltrommeln und Treibscheiben -Rundstahlketten, Gelenkketten -Kettenräder und Kettentrommeln -Fördergurte (Hauptbauelement von Förderbändern) -Fahrwerkselemente (Laufräder und Schienen) -Als Lastaufnahmemittel b |
| Wichtige Parameter bei Stückgütern | -Abmessungen -Form -Masse -Temperaturempfindlichkeit |
| Wichtige Parameter bei Schüttgütern | Schüttdichte Dichte Böschungswinkel Körnung Feuchtegehalt Druckempfindlichkeit |
| Personenförderer unstetig | -Hydraulischer Aufzug -Seilaufzug |
| Personenförderer stetig | -Paternosteraufzug -Rolltreppe |
| wichtige Bestandteile eines Aufzugs | Fliehkraftbremsregler -Tragseile (mind. 3) -Seilschlinge in der Seilrolle -Kabine -Führungsschienen |
| Fördermenge | -wird als Volumenstrom bei Schüttgütern berechnet -wird als Massenstrom bei Stückgütern berechnet |
| Fliehkraftbremssteuerung | -Auf- oder Absturz der Kabine wird über einen Geschwindigkeitsbegrenzer verhindert. -Im Notfall wird elektronisch der Antrieb gestoppt. -Die Kabine wird mechanisch zum Stillstand gebracht. -Das Notbremssystem ist unabhängig von allen anderen Bauteil |
| Funktionsweise Hydraulischer Aufzug | Bei hydraulischen Aufzügen wird die Kabine durch einen oder mehrere Hydraulikkolben bewegt, die gewöhnlich am Boden des Aufzugsschachts vertikal eingebaut sind. |
| Vorteile Hydraulikaufzug | - Hohe Tragfähigkeiten (z.B. für Lastenaufzüge) - Variable Anordnung des Triebwerkraumes - Etwas geringerer Schachtkopf erforderlich - Keine Kräfte auf die Schachtabschlussdecke |
| Nachteile Hydraulikaufzug | - Begrenzte Förderhöhe - Höhere Energiekosten, somit höhere Betriebskosten - Geringere Fahrgeschwindigkeiten möglich, damit weniger Förderleistung - Steigende Entsorgungskosten bei Hydraulikölwechsel - Hohe Motoranschlusswerte - Schlechter Gesamtwir |
| Aufzugsberechnung | mit Eytelweinscher Grenzbedingung |
| Rutscht das Seil auf der Trommel? | zwei Berechnungen 1. statisch mit Last 2. dynamisch ohne Last |
| Bestandteile eines zugfesten Seils | Draht Litze Einlage |
| Pneumatisches Fördersystem | |
| Großkraftwerke | Kernkraftwerke Konventionelle Wärmekraftwerke Wasserkraftwerke |
| Alternative Anlagen | -Windkraft -Geothermie -Strahlungsenergie -Kraft-Wärme-Kopplung -Biomasse -Wasserstoff als Energieträger |
| Einteilung der Kraftwerke | |
| Elektrotechnische Aspekte-Vorüberlegungen zu Lastkurven | -Keine effiziente Speicherung von elektrischer Energie möglich ->Erzeugung und „Verbrauch“ stets im Gleichgewicht -Abnahmeverhalten Einzelner unvorhersehbar, in großen Gruppen stereotypisch ->Tages-, Monats- und Jahreslastkurven vorhersagbar ->Unterte |
| Jahreslastkurve | |
| Tageslastkurve | |
| Einteilung nach Lastabdeckung der Großlastkraftwerke | |
| Elektrotechnische Aspekte – Vorüberlegungen zum Stromnetz | Leistung = Strom x Spannung -> Verluste steigen mit Quadrat des Stroms ->Bei gleicher übertragener Leistung: hohe Spannung = geringer Strom = geringere Verluste -Privathaushalte und mittelständische Unternehmen benötigen geringe Spannung ->Spannung mu |
| Elektrotechnische Aspekte – Aufbau des deutschen Stromnetzes | -Einteilung in Spannungsebenen: Höchstspannung:Maschennetz (Verbundnetz) Hochspannung:Maschennetz Mittelspannung:1-2 Ringnetze Niederspannung:Strahlnetze ->Verbindung der unterschiedlichen Netze durch Umspannwerke und Umspannstationen („Trafohäuschen |
| Kernkraftwerk | Brennstoff:Uran Ordnungszahl:96 häufigste Isotope:238U zu 99,27 % 235U zu 0,72 % 234U zu 0,0055 % 236U in Spuren Halbwertzeit:238U: 4,468 Milliarden Jahre 235U: 703,8 Millionen Jahr |
| Herstellung der Brennstäbe | Uran->Uranerz (ca. 1 % Uranoxide)-> Reduzierung der Uranoxide->0,7 % spaltbares Uran-235 Rest Uran-238->Anreicherung auf 3,5-4,5 % U-235->Pelletierung->Umhüllung mit Metall (Zirkonium) |
| neuroneninduzierte Kernspaltung | Uran-235 + 1 langsames Neutron-> hochgradig instabiles Uran-236-> 2 mittelschwere Kerne + 2-3 schnelle Neutronen + Energie-> 1 Neutron in Moderator gebremst, 1 Neutron von Steuerstab absorbiert-> Uran-235 + 1 langsames Neutron |
| Aufbau Siedewasserreaktor | |
| Aufbau Druckwasserreaktor | |
| Energieumwandlung Kernkraftwerk | |
| Gefahrenquellen von Kernkraftwerken | -Naturkatastrophen: Erdbeben, Tsunami -Unfälle: Flugzeugabsturz, Explosion in Umgebung -Terroranschläge -Explosionen und Brände -Längerfristiger vollständiger Stromausfall -Menschliches Versagen: Schwerwiegender Bedienfehler -Entsorgunsproblematik: |
| GAU | -Ausfall der Steuerstäbe ->unkontrollierte Kettenreaktion->unkontrollierte Wärmeentwicklung -Ausfall der Reaktorkühlung->Überhitzung des Reaktorkerns -hohe Druckentwicklung im Reaktor->Explosion -Überhitzung des Reaktorkerns bis zur Kernschmelze->Austr |
| Sicherheitsmaßnahmen Kernkraftwerk | -Notstromversorgung durch Akkumulatoren, Notstromaggregate etc. -Redundanz in allen wichtigen Systemen (z.T. elektrisch und hydraulisch/pneumatisch) -automatisches Auslösen von Sicherheitseinrichtungen -Bauweise: diverse Beton- und Stahlhüllen kapseln |
| Sicherheitsmaßnahmen kernkraftwerk | |
| Internationale Bewertungsskala | |
| Aufbau Dampkraftwerk | |
| Energieumwandlung Konventionelles Wärmekraftwerk | |
| Maßnahmen zur Wirkungsgraderhöhung bei einem Dampfkraftwerk | -Überhitzung = Erhitzen des Wasserdampfs auf ca. 600°C -Zwischenüberhitzung = zusätzliches Erhitzen des teilweise entspannten Dampfs -Regenerative Speisewasservorwärme = Vorwärmen des Speisewassers durch Anzapfen der Turbine -Economizer = Vorwärmen des |
| Kühlsystem Dampfkraftwerk | 1.Aufgaben: -Abdampf kondensieren (Kreisprozess schließen) -Rückgewinnung des Speisewassers -Erzeugung eines Unterdrucks in Speisewassersystem -Kondensation des gesamten Speisewassers im Störfall 2.Verfahren: -Durchlaufkühlung -Ablaufkü |
| Rauchgasreinigung Dampfkraftwerk | |
| Rauchgasentschwefelung Dampfkraftwerk | |
| Aufbau Kombikraftwerk | |
| Einteilung Wasserkraftanlagen | |
| Aufbau Laufwasserkraftwerk | |
| Kaplanturbine Laufwasserkraftwerk | 1.Einsatzgebiet: -geringe Fallhöhen bei großem Volumenstrom 2.Typ: -axial durchströmt, vollbeaufschlagt (= Wasser von allen Seiten), i.d.R. mit senkrechter Welle 3.Funktionsprinzip: -reine Umwandlung von Druckenergie in mechanische Energie |
| Energieumwandlung Laufwasserkraftwerk | |
| Aufbau Pumpspeicherkraftwerk | |
| Francisturbine Pumpspeicherkraftwerk | 1.Einsatzgebiet: -mittlere Fallhöhe bei mittlerem Durchfluss->vielseitigste Wasserturbine 2.Typ: -axial durchströmt, vollbeaufschlagt (= Wasser von allen Seiten), i.d.R. mit senkrechter Welle 3.Funktionsprinzip: -überwiegend Umwandlung von Druckenerg |
| Energieumwandlung Pumpspeicherkraftwerk | |
| Wirkungsgrad Pumpspeicherkraftwerk | |
| Anlagen zur ergänzenden Energieerzeugung | -Windkraftanlage -Solarkraftwerk -Geothermisches Kraftwerk -Biomasse-kraftwerk |
| Physikalische Grundlagen – Bändermodell I | -Elektronen existieren in Atomen nur auf bestimmten Energieniveaus (Pauli-Prinzip) -in Festkörpern überlappen Energieniveaus einzelner Atome zu erlaubten Bändern und Bandlücken -jedes Band besitzt endliche Anzahl von „Plätzen“ für Elektronen |
| Physikalische Grundlagen – Bändermodell II | |
| Physikalische Grundlagen – Halbleiter | Wichtigste Elemente: Germanium und Silizium (beide vierwertig) -geringe Leitfähigkeit durch: *Wärmebewegung *fehlende Bindungspartner an Kristalloberfläche *Verunreinigung durch Fremdatome -Dotierung = gezielte Verunreinigung mit 3- oder 5-wert |
| Physikalische Grundlagen – pn-Übergang | |
| Physikalische Grundlagen – innerer Photoeffekt | Photon trifft auf Elektron ->Elektron um Energiemenge angehoben Energiemenge zu gering ->Elektron fällt zurück Energiemenge ausreichend ->Elektron gelangt ins Leitungsband Prozess weit entfernt von el. Feld ->sofortige Rekombination Prozess nahe e |
| Aufbau Solarzelle | |
| Herstellung monokristalline Solarzelle | |
| Aufbau Aufwindkraftwerk | |
| Umsetzung eines Aufwindkraftwerkes | 1.Erste Versuchsanlage in den 1980ern in Spanien (1988 zerstört) Prinzip technisch umsetzbar 2.Aktuell diverse Projekte in Planung -hohe Investitionskosten aufgrund Dimensionierung (200 MW = 8 km Kollektordurchmesser + 1 km Turmhöhe) -hoher Landschaf |
| Grundprinzip Konzentrierende solarthermische Anlagen | -Sonnenstrahlen werden durch Reflektoren gebündelt -konzentriertes Sonnenlicht erhitzt Flüssigkeit (Öl oder Wasser) -erhitzte Flüssigkeit treibt (über zweiten Kreis) Dampfturbine an |
| Geothermie | -Geothermie = Nutzung der Wärme aus dem Erdinneren -Herkunft: *Überreste aus Entstehungszeit der Erde radioaktiver Zerfall *geothermischer Tiefengradient = 1°C/33 m in 3 km Tiefe 100°C -aktuelle technische Bohrgrenze bei etwa 7 km *Temperaturen |
| hydrothermales Verfahren | Nutzung von Heißwasseraquiferen: •heiße wasserführende Gesteinsschichten werden angebohrt •Heißwasser/Dampf wird gefördert und direkt oder indirekt über Wärmetauscher weiterverwendet |
| HDR-Verfahren | Nutzung heißen trockenen Gesteins: •Wasser wird über Bohrung in heiße Gesteinsschicht gepresst •vorhandene Risse und Spalten erweitern sich->Oberfläche vergrößert sich •erhitztes Wasser wir über zweite Bohrung gefördert |
| Nutzung von Hochenthalpie-Lagerstätten | -Nutzung von oberflächennahen Heißwasser- und Dampfvorkommen in vulkanisch aktiven Regionen Island: •Heiz- und Warmwasserversorgung zu 90% über Geothermie • Stromversorgung zu 25% (75% Wasserkraft) |
| Biomasse – Grundlagen | -weltweit beliebtester Primärenergieträger im Bereich Wärme -Entstehung durch Photosynthese aus Sonnenlicht und Kohlenstoffverbindungen: CO2 + H2O + Hilfsstoffe + Energie->CxHyOz + H2O + O2 -ggf. biologische „Weiterverarbeitung“ der photosynthetisierten |
| Grundstoffe Biomasse | 1.Energiepflanzen -Raps -Mais -Zuckerrüben -Holz 2.Landwirtschaft -Stroh -Heu -Gülle -Fruchtkuchen -sonstige Abfälle 3.Haushalt -Bioabfälle -Gartenabfälle -Altholz -Restholz -Schwachholz 4.Sonstiges -„Straße |
| Biogasanlage mit BHKW | |
| Meeresenergie – Gezeitenkraftwerk | -in Buchten und Ästuarien mit Tidenhub > 5 m = 100 mögliche Standorte weltweit = 50 nutzbare Standorte -Bucht/Ästuar eingedeicht->Wasserturbinen in Deich •Leistung schwankt alle 6 Stunden •großer Eingriff in Flora und Fauna |
| Meeresenergie –Meereströmungskraftwerk | -„WKA unter Wasser“ -Meeresströmungen bekannt und weitestgehend konstant -„Verkehrsprobleme“ bei zu geringem Wasserstand -konstruktive Probleme (vgl. offshore WKA) |
| Meeresenergie - Wellenkraftwerk | Nutzung der kontinuierlichen Wellenbewegung |
| Wasserstoff – Grundlagen | -häufigstes Element im Universum -auf der Erde nicht frei vorkommend, in geringem Maß Abfallprodukt der chemischen Industrie häufigstes Vorkommen: -Wasser (H2O) -Methan/Erdgas (CH4) -andere Kohlenwasserstoffverbindungen ->muss erzeugt werden ->kein |
| Wasserstoff - Herstellungsverfahren | |
| Wasserstoff – Brennstoffzellen | -Grundlegendes Prinzip: Umkehrung der Elektrolyse von Wasser: 2 H2 + O2 2 H2O -Grundlegender Aufbau: zwei Kammern (Anode und Kathode) durch Membran oder Elektrolyt getrennt -Betriebstemperatur zwischen 20°C und 1.000°C je nach Typ -Wirkungsgrad aktue |
| Wasserstoff – Einsatzgebiete | 1.im stationären Betrieb: -als Blockheizkraftwerke (Hochtemperaturzellen) -in geringem Maße zur Speicherung elektrischer Energie aus regenerativen Energien 2.im mobilen Betrieb: -im Verkehrswesen, insbesondere Luft- und Raumfahrt -im militärischen Be |
| Fusionsreaktor – Grundlagen | -Prinzip: Verschmelzung von D und T zu He ->Fusion funktioniert auf der Erde ab ca. 100 Mio. Kelvin->jenseits aller Schmelzpunkte->Versuche mit eindämmenden Magnetfeldern •derzeit einige Versuchsanlagen in Bau und in Betrieb (derzeit alle mit negativer |
| Fusionsreaktor – Funktionsprinzip | |
| Aufbau Fusionsreaktor | |
| Herkunft alternative Energiequellen | |
| Ausblick – politische Ziele | Deutschland: Atomausstieg bis 2022 EU: 2050 90 % der Energie aus regenerativen Quellen Kyoto-Protokoll: •192 Nationen machen mit (nicht dabei: USA, Pakistan, Taiwan, West-Sahara, Somalia, Andorra, San Marino, Vatikan) •Ziel: Ausstoß klimaschädlicher E |
| Ausblick – Technologische Herausforderungen | 1.Regenerative Energien i.d.R. unstetig -nicht genügend Regelenergie -keine effizienten Speichermöglichkeiten -kein Überblick über dezentrale Energieerzeugung 2.Regenerative Energie i.d.R. standortabhängig -Transportnetz regional zu schwach ausgebaut |
| Ausblick – Stromversorgung der Zukunft | 1.Aus- und Umbau des deutschen Stromnetzes -insbes. Anschluss der Offshore-Windparks 2.Internationale Projekte -Strom aus Nordafrika -EU-weite Zusammenarbeit 3.Ausbau und Entwicklung von Speichersystemen: -Druckluftspeicher -Wasserstoffspeicher -B |
| Spanlose Fertigungsverfahren | Schmieden Pressen Biegen Ziehen Schneiden |
| Vorteile spanlose Fertigungsverfahren | -geringe Materialverluste, -optimaler Faserverlauf, -Kaltverfestigung bei der Kaltverformung, -geringe Fertigungszeiten. ->Einsatz nur wirtschaftlich, wenn die Stückzahlen hoch sind, weil die Werkzeugkosten bei diesen Verfahren sehr hoch sind. |
| Spangebende Fertigungsverfahren | Drehen Bohren Fräsen Schleifen |
| Werkzeugmaschinen | Maschinen die für die einzelnen Arbeitsverfahren (Drehen., Bohren, Pressen…) benötigt werden. |
| Einteilung der Werkzeugmaschinen -nach Arbeitsverfahren- | 1.Werkzeugmaschinen für die spanlose -Formgebung -Hämmer -Pressen -Biegemaschinen -Scheren 2.Werkzeugmaschinen für die spanende -Formgebung -Drehmaschinen -Hobelmaschinen -Fräsmaschinen -Schleifmaschinen |
| Einteilung der Werkzeugmaschinen -nach Verwendungszweck- | 1.Universalmaschinen -(Große Arbeitsbereiche, vielfältige Arbeiten, geringe Stückzahl) 2.Mehrzweckmaschinen -(Arbeitsbereich eingeschränkt, verschiedene Arbeiten, Herstellung mittlerer Stückzahlen) 3.Einzweckmaschinen -(Größere Menge von Arbeitsgä |
| Wirtschaftlichkeit Werkzeugmaschinen | t = Zeit tr = Rüstzeit n = Stückzahl te = Fertigungszeit (Stückzeit/Einheit) ng = Grenzstückzahl ng = (tr2 – tr1) / (te1 – te2) = 4 Stück |
| Kosten für Werkzeugmaschinen | -allgemeine Betriebskosten (z.B. Platz in Maschinenhalle) -Lohnkosten (z.B. Bedienungs-, Wartungspersonal) -Maschinenbetriebskosten (z.B. Energieaufwand) -Abschreibungen und Verzinsung -Werkzeug, Vorrichtungs- und sonstige Betriebskosten (z.B. Kühlmit |
| Betriebssicherheit | Hauptelemente der Maschine müssen leicht zugänglich und reparierbar sein. |
| Unfallsicherheit | Die Werkzeugmaschine soll so gestaltet sein, daß sich die Bedienpersonen, wenn sie nicht grob fahrlässig handeln, nicht verletzen können. |
| Ergonomie | Bedienbarkeit in normaler Körperhaltung. Ergonomie verringert die Unfallgefahr und verkürzt die Prozeßzeiten. |
| Arbeitsgenauigkeit | Die Maschinen müssen in allen Arbeitsbereichen ein hohes Maß an Steifigkeit aufweisen. - statische, - dynamische, - thermische Steifigkeit |
| Herstellungs- und Arbeitsgenauigkeit hängt ab von: | - Aufstellungsart, Fundamentierung - Herstellungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine - Arbeitsgenauigkeit während des Betriebs unter der Einwirkung der Schnittkräfte, der Bewegung und der thermischen Belastung - Verschleißverhalten |
| Nutzleistung | Bei spanenden Maschinen, die benötigte Schnittleistung, die sich im wesentlichen Anteil aus der Hauptschnittkraft des Zerspanungsvorganges und der Schnitt-geschwindigkeit ergibt. |
| Verlustleistung | Verlustleistung ergibt sich durch Reibung an den Führungen, in den Wellenlagern der Getriebe und beim Abwälzen der Zahnräder. |
| Antriebsleistung der Maschinen | Antriebsleistung ist die nutzbare Leistung an der Maschine dividiert durch den Wirkungsgrad der Maschine. |
| Aufbau Standbohrmaschine | |
| Wie erzeugt man Laserlicht | 1.Lasermedium: Darin wird unter Zufuhr von Energie die Laserstrahlung angeregt. Das Lasermedium kann ein Gas sein, ein Festkörper oder eine Flüssigkeit. 2.Pumpquelle: Sie pumpt die Energie in das Lasermedium. 3.Resonator: Er verstärkt die entstehende St |
| Laserschneiden | -thermisches Trennverfahren für plattenförmiges Material (meist Metallbleche)und 3-dimensionale Körper mittels eines Lasers. -Laserstrahl durchdringt Material -Material schmilzt -durch Schneidgasstroms aus der Schnittfuge geblasen |
| Vorteile Laserschneiden | -nahezu jede Kontur ohne Werkzeugwechsel schneiden -hohe Flexibilität bringt vor allem bei kleinen Losgrößen, einer Vielzahl von Varianten oder im Prototypenbau große Vorteile -Kanten sind glatt und gratfrei, eine Nachbearbeitung ist nicht nötig -Mater |
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