2. Vorlesung: Statisches Verhalten von Werkzeugmaschinen

Was versteht man unter dem statischen Verhalten einer Werkzeugmaschine?

Die Reaktion der Maschine auf zeitlich konstante oder quasistatische Kräfte, insbesondere in Form von Verlagerungen, Spannungen und Verformungen.

Welche Annahme trifft man bei der statischen Analyse hinsichtlich Trägheitskräften?

Trägheitskräfte werden vernachlässigt, da keine dynamischen Effekte berücksichtigt werden.

Was ist das Ziel der Analyse des statischen Verhaltens?

Die Ermittlung von Verlagerungen und Spannungen zur Bewertung der Genauigkeit und Steifigkeit einer Maschine.

Was bedeutet Quasistatik im Kontext von Werkzeugmaschinen?

Belastungsänderungen erfolgen so langsam, dass dynamische Effekte vernachlässigt werden können.

Warum ist das statische Verhalten besonders für die Genauigkeit von Bedeutung?

Weil durch statische Verlagerungen der Werkzeug-Werkstück-Bezug beeinflusst wird.

Welche Arten von statischen Belastungen wirken typischerweise auf Werkzeugmaschinen?

Bearbeitungskräfte, Eigengewicht, Temperaturspannungen, Montagekräfte.

Welche Bedeutung haben Montagefehler für das statische Verhalten?

Sie können zu Vorspannungen oder Fehlstellungen führen, die das Systemverhalten dauerhaft beeinflussen.

Was ist unter einer statischen Überlagerung zu verstehen?

Die Superposition mehrerer Lastfälle zur Bestimmung der Gesamtauswirkung auf ein System.

Wie wirken sich asymmetrische Lasten auf Maschinenkomponenten aus?

"Sie führen zu Biegemomenten

Welche Rolle spielt die Lagerung im statischen Systemverhalten?

Lagersteifigkeit und -spiel beeinflussen maßgeblich die Gesamtnachgiebigkeit und Genauigkeit.

Definieren Sie den Begriff Nachgiebigkeit.

Die Fähigkeit eines Bauteils, sich unter Einwirkung einer äußeren Kraft zu verformen. Formal: C = δ / F.

Was versteht man unter der Steifigkeit eines Systems?

Die Fähigkeit, Kräften mit minimaler Verformung zu widerstehen. Formal: k = F / δ.

Wie hängen Steifigkeit und Nachgiebigkeit mathematisch zusammen?

Sie sind reziprok: C = 1 / k bzw. k = 1 / C.

Warum ist die Nachgiebigkeit oft lageabhängig?

Weil sie durch die Geometrie und Kraftangriffspunkte beeinflusst wird.

Wie kann man die Nachgiebigkeit eines Maschinenelements grafisch darstellen?

Durch Kraft-Verformungs-Diagramme oder Verschiebungsfelder aus FEM-Analysen.

Nennen Sie drei Methoden zur Bestimmung der statischen Nachgiebigkeit.

Analytisch (Mechanik), numerisch (FEM), experimentell (Messung).

Welche Annahmen werden bei analytischen Berechnungen getroffen?

Vereinfachte Geometrie, lineares Materialverhalten, idealisierte Lagerungen.

Warum wird FEM zur Untersuchung des statischen Verhaltens eingesetzt?

Weil komplexe Geometrien und reale Randbedingungen detailliert modelliert werden können.

Welche Größen sind typische Ergebnisgrößen einer FEM-Analyse?

Vereinfachte Geometrie, lineares Materialverhalten, idealisierte Lagerungen.

Was ist bei experimentellen Untersuchungen zu beachten?

Kalibrierung, Einhaltung der Prüfstandards, Belastungsrichtung, Messgenauigkeit.

Welche Werkstoffeigenschaften beeinflussen das statische Verhalten besonders?

Elastizitätsmodul (E-Modul), Querkontraktionszahl, Festigkeit.

Inwiefern beeinflusst die Geometrie eines Bauteils die Steifigkeit?

Querschnittsform und -fläche wirken sich direkt auf die Biegesteifigkeit aus (z. B. bei Trägern: EI).

Welche Bedeutung haben Schraubverbindungen für das statische Verhalten?

Sie beeinflussen die Kontaktsteifigkeit und das Verhalten an den Übergängen zwischen Bauteilen.

Was sind typische Schwachstellen in Bezug auf statische Steifigkeit?

Führungen, Übergänge, Lagersitze, lange Ausleger.

Wie wirkt sich Vorspannung in Linearführungen auf das statische Verhalten aus?

Sie erhöht die Steifigkeit und verringert das Spiel, kann aber zusätzliche Spannungen verursachen.

Warum ist die Kenntnis des statischen Verhaltens in der Konstruktion unerlässlich?

Um präzise, langlebige und zuverlässige Maschinen zu entwickeln, die Bearbeitungskräfte sicher aufnehmen.

Wie kann man statische Verlagerungen im CNC-Betrieb kompensieren?

Durch softwareseitige Korrekturwerte in der Steuerung oder aktive Regelungssysteme.

Warum ist eine hohe statische Steifigkeit in Werkzeugmaschinen vorteilhaft?

Sie minimiert Durchbiegungen und erhöht die Bearbeitungsgenauigkeit.

Welche Rolle spielt das statische Verhalten im Rahmen der Maschinenabnahmeprüfung?

Es dient als Bewertungsmaßstab für die Einhaltung der Spezifikationen bezüglich Form- und Maßhaltigkeit.

Welche Maßnahmen können zur Erhöhung der statischen Steifigkeit ergriffen werden?

Einsatz steiferer Materialien, Querschnittsvergrößerung, optimierte Lagerungen, gezielte Verstärkungen.