Alfred Böge • Wolfgang BögeHerausgeber

HandbuchMaschinen¬bau

Grundlagen und

Anwendungen der

Maschinenbau-Technik

23. überarbeitete Auflage

Springer Vieweg

Inhaltsverzeichnis

Teil I Mathematik

1 Grundlagen 3

1.1 Mengen 4

1.2 Aussageformen und logische Zeichen 4

1.3 Indizes, Summenzeichen, Produktzeichen 5

1.4 Einteilung der Zahlen 5

1.5 Komplexe Zahlen 7

1.6 Matrizen und Determinanten 12

2 Funktionen 19

2.1 Definition und Darstellungen von Funktionen 20

2.2 Verhalten von Funktionen 21

2.3 Einteilung der elementaren Funktionen 24

2.4 Ganze rationale Funktionen 25

2.5 Gebrochene rationale Funktionen 29

2.6 Irrationale Funktionen 32

2.7 Transzendente Funktionen 33

3 Trigonometrie 37

3.1 Definition der trigonometrischen Funktionen 38

3.2 Trigonometrische Funktionen für beliebige Winkel 38

3.3 Beziehungen für den gleichen Winkel 39

3.4 Graphen der trigonometrischen Funktionen 39

3.5 Sinussatz und Kosinussatz 41

3.6 Arkusfunktionen 41

4 Analytische Geometrie 43

4.1 Koordinatensysteme 44

4.2 Geraden 45

4.3 Kreise 48

4.4 Kugeln 49

4.5 Kegelschnitte 49

4.6 Vektoren 54

XIII

XVI Inhaltsverzeichnis

5 Differential- und Integralrechnung 61

5.1 Folgen 62

5.2 Reihen 64

5.3 Grenzwerte von Funktionen 67

5.4 Ableitung einer Funktion 70

5.5 Integralrechnung 78

6 Gewöhnliche Differentialgleichungen 85

6.1 Gewöhnliche Differentialgleichungen n-ter Ordnung 86

6.2 Lösungen einer gewöhnlichen Differentialgleichung 86

6.3 Anfangswert- und Randwertprobleme 87

6.4 Explizite gewöhnliche Differentialgleichungen 1. Ordnung 88

6.5 Lineare gewöhnliche Differentialgleichungen 1. Ordnung 89

6.6 Variation der Konstanten 90

6.7 Bestimmung einer partikulären Lösung 90

Teil II Naturwissenschaftliche Grundlagen

7 Physik 97

7.1 Physikalische Größen und Einheiten 98

7.2 Gleichgewicht 106

7.3 Mechanische Schwingungen 108

7.4 Mechanische Wellen 120

7.5 Akustik 126

7.6 Optik 128

Literatur 144

8 Chemie 145

8.1 Stoffe 146

8.2 Aufbau der Materie 146

8.3 Periodensystem der Elemente (PSE) 147

8.4 Chemische Bindung 151

8.5 Chemische Reaktionen 158

8.6 Säuren und Basen 161

8.7 Fällungen und Wasserhärte 165

8.8 Elektrochemie 167

8.9 Organische Chemie 172

Inhaltsverzeichnis

Teil III Technische Mechanik

9 Statik starrer Körper in der Ebene 179

9.1 Grundlagen 180

9.2 Zusammensetzen, Zerlegen und Gleichgewicht von Kräften

in der Ebene 184

9.3 Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) 189

9.4 Guldin'sche Regeln 195

9.5 Standsicherheit, Gleichgewichtslagen 197

9.6 Statik der ebenen Fachwerke 198

9.7 Reibung 203

10 Dynamik 217

10.1 Bewegungslehre (Kinematik) 218

10.2 Mechanische Arbeit und Leistung, Wirkungsgrad, Übersetzung ....230

10.3 Dynamik der Verschiebebewegung(Translation) des starren Körpers 235

10.4 Dynamik der Drehung (Rotation) des starren Körpers 242

10.5 Gegenüberstellung der Gesetze für Drehung und Verschiebung ...251

10.6 Gerader zentrischer Stoß 251

Literatur zur Dynamik 257

11 Hydrostatik 259

11.1 Eigenschaften der Flüssigkeiten und Gase 260

11.2 Hydrostatischer Druck (Flüssigkeitsdruck, hydraulische Pressung) ...260

11.3 Druck-Ausbreitungsgesetz 260

11.4 Anwendung des Druck-Ausbreitungsgesetzes 260

11.5 Hydraulische Kraftübertragung 263

11.6 Druckverteilung durch die Gewichtskraft der Flüssigkeit 264

11.7 Hydrostatische Kräfte gegen ebene Wände offener Gefäße 265

11.8 Auftrieb 266

11.9 Schwimmen 267

11.10 Gleichgewichtslagen schwimmender Körper 267

12 Hydrodynamik; Eindimensionale stationäre inkompressible Strömung . . .269

12.1 Einführung 271

12.2 Stromlinie, Bahnlinie, Stromfaden und Stromröhre 271

12.3 Kontinuitätsgleichung für die eindimensionale Strömung(Stromfadenströmung) 271

12.4 Bernoulligleichung 272

12.5 Impulssatz 273

12.6 Eindimensionale inkompressible reibungsbehaftete Strömung ....275

12.7 Ähnlichkeitsgesetze der Strömungsmechanik 285

XVII

XVIII Inhaltsverzeichnis

12.8 Strömungswiderstand umströmter Körper 286

12.9 Düsen-und Diffusorströmung 289

12.10 Grenzschicht 291

12.11 Strömungstechnische Messtechnik 292

12.12 Numerische Berechnung instationärer Strömungen 296

Literatur zur Hydrodynamik 297

13 Gasdynamik; Eindimensionale kompressible stationäre Strömung 299

13.1 Einführung 300

13.2 Schallgeschwindigkeit und Schallausbreitung 300

13.3 Energiegleichung der kompressiblen eindimensionalen Strömung;Bernoulligleichung der kompressiblen Strömung 302

13.4 Ruhegrößen und kritischer Zustand 305

13.5 Das Geschwindigkeitsdiagramm der Energiegleichung 306

13.6 Die Durchflussfunktion 307

13.7 Isentrope Strömung in Düsen und Blenden 308

13.8 Beschleunigte kompressible Strömung 309

13.9 Verdichtungsstoß 318

Literatur zur Gasdynamik 324

Teil IV Festigkeitslehre

14 Allgemeines 331

14.1 Aufgaben der Festigkeitslehre 332

14.2 Schnittverfahren 332

14.3 Spannung 334

14.4 Formänderung 335

14.5 Hooke'sches Gesetz (Elastizitätsgesetz) 335

14.6 Die Grundbeanspruchungsarten 336

14.7 Zusammengesetzte Beanspruchung 337

14.8 Festigkeit 337

14.9 Zulässige Spannung und Sicherheit 341

15 Die einzelnen Beanspruchungsarten 347

15.1 Zug und Druck 348

15.2 Biegung 353

15.3 Knickung 378

15.4 Abscheren 399

15.5 Torsion (Verdrehung) 401

15.6 Flächenpressung 406

Inhaltsverzeichnis XIX

16 Zusammengesetzte Beanspruchungen 409

16.1 Gleichzeitiges Auftreten mehrerer Normalspannungen 410

16.2 Gleichzeitiges Auftreten mehrerer Schubspannungen 412

16.3 Gleichzeitiges Auftreten von Normal-und Schubspannungen 413

17 Beanspruchung bei Berührung zweier Körper 419

17.1 Voraussetzungen 420

17.2 Bedeutung der Formelzeichen 420

17.3 Berechnungsgleichungen 420

Teil V Werkstofftechnik

18 Grundlagen 427

18.1 Allgemeines 428

19 Metallkundliche Grundlagen 431

19.1 Struktur der Metalle und Legierungen 432

19.2 Eigenschaften und Verhalten der Metallgitter 434

19.3 Verhalten bei höheren Temperaturen 436

19.4 Zweistofflegierungen (binäre Legierungen) 437

19.5 Kristall-und Gefügeveränderungen 441

20 Eisen und Stahl 443

20.1 Stahlerzeugung 444

20.2 Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm 446

20.3 Stahlsorten 449

20.4 Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoffe 460

20.5 Die Wärmebehandlung der Stähle, Stoffeigenschaft ändern 464

21 Nichteisenmetalle 473

21.1 Bezeichnung der NE-Metalle.

474

21.2 Aluminium und AI-Legierungen 474

21.3 Kupfer 477

21.4 Titan 481

21.5 Magnesium 481

21.6 Nickel 482

21.7 Blei 482

21.8 Zink 483

21.9 Zinn 483

22 Kunststoffe (Polymere) 485

22.1 Herstellungsweg und wichtige Begriffe 486

22.2 Struktur der Polymere 487

22.3 Duroplastische Kunststoffe 488

22.4 Thermoplastische Kunststoffe 490

22.5 Elastomere 497

XX Inhaltsverzeichnis

23 Werkstoffe besonderer Herstellungsart oder Verarbeitung 499

23.1 Pulvermetallurgie 500

23.2 Keramische Werkstoffe 501

23.3 Verbundwerkstoffe 503

23.4 Druckgusswerkstoffe 505

24 Oberflächenbeanspruchung durch Korrosion, Verschleiß

und Schutzmaßnahmen 507

24.1 Korrosion 508

24.2 Tribologie 509

24.3 Verschleiß 511

24.4 Lager- und Gleitwerkstoffe 512

24.5 Beschichtungen und Schichtwerkstoffe 514

25 Prüfung metallischer Werkstoffe 517

25.1 Prüfung der Härte 518

25.2 Zugversuch (DIN EN ISO 6892-1/14 Prüfverfahren

für Raumtemperatur) 520

25.3 Kerbschlagbiegeversuch (DIN EN ISO 148/11) 521

25.4 Prüfung der Festigkeit bei höheren Temperaturen 523

25.5 Untersuchung von Verarbeitungseigenschaften 523

25.6 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung 523

Literaturhinweise, Informationsquellen 526

Teil VI Thermodynamik

26 Grundbegriffe 531

26.1 Temperatur 532

26.2 Druck 532

26.3 Volumen 534

26.4 Spezifische Wärmekapazität 535

26.5 Wärmeausdehnung 539

26.6 Aggregatzustände 542

27 Wärme und Arbeit 545

27.1 Thermodynamisches System 546

27.2 Innere Energie 546

27.3 Wärme 546

27.4 Arbeit 547

27.5 Dissipationsenergie 549

27.6 Erster Hauptsatz 549

27.7 Kreisprozesse 549

27.8 Thermischer Wirkungsgrad 550

27.9 Zweiter Hauptsatz 550

27.10 Entropie 551

27.11 Exergie und Anergie 552

Inhaltsverzeichnis

28 Zustandsänderungen idealer Gase 553

28.1 Thermische Zustandsgieichung 554

28.2 Zustandsänderungen 555

28.3 Isochore Zustandsänderung 555

28.4 Isobare Zustandsänderung 557

28.5 Isotherme Zustandsänderung 558

28.6 Isentrope Zustandsänderung 559

28.7 Polytrope Zustandsänderung 561

28.8 Carnot-Prozess; Diesel-Prozess 564

28.9 Beispiele für Zustandsdiagramme von Gasen und Flüssigkeiten:Das r,5-Diagramm und das lg/?,/z-Diagramm 566

28.10 Drosselung 572

28.11 Mischungen idealer Gase 572

29 Wärmeübertragung 575

29.1 Allgemeines 576

29.2 Wärmeleitung 576

29.3 Wärmeübergang (Wärmekonvektion) 577

29.4 Wärmedurchgang 578

29.5 Wärmestrahlung 580

Literaturhinweise, Informationsquellen 583

XXI

Teil VII Elektrotechnik

30 Grundlagen der Elektrotechnik 587

30.1 Einfacher Gleichstromkreis 588

30.2 Erweiterter Gleichstromkreis 592

30.3 Kenngrößen der Elektrotechnik 594

31 Sinusförmige Wechselspannung 599

31.1 Frequenz 600

32 Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) 607

32.1 Leitungssysteme für Drehstrom 608

32.2 Kraft im Magnetfeld 611

33 Drehstrommotor 613

33.1 Asynchronmotor 614

33.2 Motordaten 620

33.3 Sterndreieckschalter 621

33.4 Belastungscharakteristik 621

33.5 Synchronmotor 623

33.6 Reluktanzmotoren 623

XXII Inhaltsverzeichnis

33.7 Frequenzumrichter 624

33.8 Gleichstrommotoren 629

33.9 Wechselstrommotoren 631

33.10 Schrittmotoren 632

34 Netzformen und VDE-Bestimmungen 637

34.1 Schutzeinrichtungen und Schutzmaßnahmen 639

34.2 Überstrom-Schutzeinrichtungen 639

34.3 Weitere Schutzeinrichtungen 640

34.4 Gefährliche Körperströme 640

Literatur 640

Teil VIII Grundlagen der Mechatronik

35 Einleitung 643

35.1 Begriffsbildung 644

35.2 Mechatroniker 644

35.3 Mechatronische Systeme 646

35.4 Wann ist der Einsatz von Mechatronik sinnvoll? 648

35.5 Unterschiede zwischen Maschinenbau, Elektrotechnik

und Mechatronik 650

36 Modellbindung und Simulation 655

36.1 Verfahren der Modellbildung 656

36.2 Modelle mechanischer Systeme 663

36.3 Modelle elektrischer Systeme 666

36.4 Simulation 668

37 Sensoren und Aktoren 675

37.1 Sensoren 676

37.2 Aktoren 691

38 Entwicklung eines mechatronischen Systems 701

Literatur 710

Teil IX Maschinenelemente

39 Einführung in die Konstruktionsmethodik 715

39.1 Einordnung des konstruktiven Entwicklungsprozessesin den Produktlebenszyklus 716

39.2 Grundlagen 720

39.3 Phasen des Entwicklungs- und Konstruktionsprozesses 726

39.4 Gestaltungshinweise zu bestimmten Forderungen 730

Literatur 734

Inhaltsverzeichnis XXIII

40 Normzahlen, Toleranzen, Passungen 737

40.1 Normzahlen 738

40.2 ISO-Passungen 738

40.3 Maßtoleranzen 740

40.4 Eintragen von Toleranzen in Zeichnungen 746

40.5 Verwendungsbeispiele für Passungen 746

41 Praktische Festigkeitsberechnungen im Maschinenbau 749

42 Klebverbindungen 751

42.1 Allgemeines 752

42.2 Klebstoffe 752

42.3 Herstellung der Klebverbindung 753

42.4 Berechnung 753

42.5 Gestaltungshinweise 755

43 Schweißverbindungen 757

43.1 Grundsätze 758

43.2 Berechnung von Schweißverbindungen 762

43.3 Berechnungsbeispiele 768

Literatur 771

44 Nietverbindungen 773

44.1 Allgemeines 774

44.2 Nietformen 774

44.3 Nietwerkstoffe 774

44.4 Herstellen der Nietverbindungen 774

44.5 Verbindungsarten, Schnittigkeit 775

44.6 Nietverbindungen im Stahlbau 775

45 Schraubenverbindungen 781

45.1 Allgemeines 784

45.2 Gewinde 784

45.3 Schrauben und Muttern 784

45.4 Schraubensicherungen 786

45.5 Scheiben 786

45.6 Berechnung von Befestigungsschrauben 787

45.7 Berechnung der Bewegungsschrauben 802

Literatur 808

46 Bolzen, Stiftverbindungen, Sicherungselemente 809

46.1 Allgemeines 810

46.2 Bolzen 810

46.3 Stifte 810

46.4 Bolzensicherungen 811

46.5 Gestaltung der Bolzen-und Stiftverbindungen 812

XXIV Inhaltsverzeichnis

47 Federn 815

47.1 Allgemeines 816

47.2 Kenngrößen an Federn 816

47.3 Federwerkstoffe 818

47.4 Zug- und druckbeanspruchte Metallfedern 819

47.5 Biegebeanspruchte Metallfedern 819

47.6 Drehbeanspruchte Metallfedern 828

48 Achsen, Wellen, Zapfen 837

48.1 Allgemeines 838

48.2 Werkstoffe, Normen 838

48.3 Berechnung der Achsen 838

48.4 Berechnung der Wellen 838

48.5 Auszuführende Achsen- und Wellendurchmesser 839

48.6 Berechnung der Zapfen 840

48.7 Gestaltung 840

48.8 Tragfähigkeit für Wellen und Achsen 843

49 Nabenverbindungen 849

49.1 Übersicht 850

49.2 Zylindrische Pressverbände 850

49.3 Keglige Pressverbände (Kegelsitzverbindungen) 858

49.4 Klemmsitzverbindungen 862

49.5 Keilsitzverbindungen 862

49.6 Ringfederspannverbindungen 863

49.7 Längsstiftverbindung 865

49.8 Querstiftverbindung 865

49.9 Passfederverbindungen (Nachrechnung) 866

49.10 Keilwellenverbindung 868

50 Kupplungen 871

50.1 Allgemeines 872

50.2 Feste Kupplungen 872

50.3 Bewegliche, unelastische Kupplungen 875

50.4 Elastische Kupplungen 876

50.5 Schaltkupplungen 877

51 Lager 883

51.1 Allgemeines 884

51.2 Wälzlager 884

51.3 Gleitlager 908

Inhaltsverzeichnis

52 Zahnräder 925

52.1 Allgemeines 926

52.2 Verzahnungsgesetz 926

52.3 Begriffe, allgemeine Verzahnungsmaße 929

52.4 Verzahnungsarten 930

52.5 Geradstirnräder 937

52.6 Schrägstirnräder 941

52.7 Kegelräder 946

52.8 Schneckengetriebe 949

52.9 Gestaltung der Zahnräder aus Metall 956

52.10 Schmierung der Zahnradgetriebe 956

52.11 Zahnräder aus Kunststoff 956

XXV

Teil X Fördertechnik

53 Überblick über das Gesamtgebiet der Fördertechnik 963

53.1 Begriffsbestimmungen 964

53.2 Besonderheiten der Fördertechnik 964

53.3 Einteilung der Fördermittel 965

53.4 Transportarbeit, Transportleistung 965

54 Die Baukastensystematik in der Fördertechnik 967

54.1 Begriffsbestimmungen 968

54.2 Nutzen des Baukastenprinzips für die Betreiber und Hersteller

fördertechnischer Anlagen 968

54.3 Komponenten der Fördertechnik 968

55 Bauelemente der Fördertechnik 971

55.1 Bauelemente der Seiltriebe 972

55.2 Bauelemente für Kettentriebe 979

55.3 Lastaufnahmeeinrichtungen und Ladehilfsmittel 981

56 Antriebe 987

56.1 Handantrieb 988

56.2 Elektrische Antriebe 988

56.3 Pneumatische Antriebe 989

56.4 Hydrostatische Antriebe 989

56.5 Dampfmaschinen, Verbrennungsmotoren, Hybridantriebe 990

57 Steuerungen in der Fördertechnik 991

57.1 Ablaufsteuerungen 992

57.2 Mikroprozessorsteuerungen 993

57.3 AS-, HMI- und Sicherheitssysteme 994

XXVI Inhaltsverzeichnis

58 Bremsen und Rücklaufsperren 995

58.1 Reibungsbremsen 996

58.2 Rücklaufsperren 999

59 Hebezeuge 1001

59.1 Handhebezeuge 1002

59.2 Elektroseilzüge 1002

59.3 Seilwinden für den Forsteinsatz 1007

60 Krane und Hängebahnen 1009

60.1 Berechnung von Kranen und deren Tragwerken 1010

60.2 Kranbauformen 1014

60.3 Laufkrane 1014

60.4 Konsolkrane, Säulendrehkrane, Wandschwenkkrane 1015

60.5 Hängekrane, Hängebahnen 1016

60.6 Portalkrane 1017

60.7 Fahrzeugkrane 1017

60.8 Stapelkrane, Regalförderzeuge und „Shuttles" 1017

61 Flurförderzeuge 1023

61.1 Flurförderer ohne Lastaufnahmeeinrichtung 1024

61.2 Flurförderer mit eigener Lastaufnahmeeinrichtung 1024

61.3 Automatisch gesteuerte Flurförderer 1026

62 Stetigförderer für Stückgut 1029

62.1 Rollenförderer 1030

62.2 Rutschförderer für Stückgut 1030

62.3 Kreisförderer 1031

62.4 Zielsteuerungen für Stückgutfördersysteme 1033

63 Unstetigförderer für Schüttgut 1037

63.1 Wichtige Materialeigenschaften des Schüttgutes 1038

63.2 Bodentragfähigkeit, Fahrwiderstand 1039

63.3 Der Antriebsstrang 1040

63.4 Radlader, Load & Carry 1042

63.5 Schwer-Lkw 1044

63.6 Dumper 1047

63.7 Unstetigförderer im Untertagebergbau 1047

Inhaltsverzeichnis XXVII

64 Stetigförderer für Schüttgut 1049

64.1 Definition, Einteilung, Hauptanwendungen 1050

64.2 Gurtförderer 1050

64.3 Gliederbandförderer 1054

64.4 Kratzförderer und Schwingrinnen 1056

64.5 Becherwerke 1057

64.6 Pneumatische Förderanlagen 1058

64.7 Schaufelradlader 1062

64.8 Verladeanlagen und Hafenkrane 1064

Literatur 1066

Teil XI Kraft- und Arbeitsmaschinen

65 Dampfturbinen 1069

65.1 Erzeugung der kinetischen Energie 1070

65.2 Nutzung der kinetischen Energie 1072

65.3 Geschwindigkeitsstufung (Curtisrad) 1075

65.4 Druckstufung (Zoellyturbine) 1078

65.5 Überdruckstufung 1080

65.6 Labyrinthdichtung 1081

65.7 Regelung 1081

65.8 Radialturbinen 1081

65.9 Turbinenanlagen 1082

66 Wasserturbinen 1083

66.1 Stauanlagen 1084

66.2 Durchfluss, Höhenwerte 1084

66.3 Freistrahlturbinen 1085

66.4 Francisturbinen 1089

66.5 Kaplanturbinen 1092

66.6 Spezifische Drehzahl 1094

66.7 Kavitation 1094

67 Windkraftanlagen 1097

67.1 Berechnung von Windturbinen 1099

67.2 Leistungsbeiwert und Schnelllaufzahl 1100

67.3 Getriebe für Windturbinen 1101

67.4 Windturbinen im Offshore-Bereich 1102

67.5 Dynamische Belastung von Windturbinen 1102

67.6 Betriebsführung und Regelung von Windturbinen 1103

Literatur 1104

XXVIII Inhaltsverzeichnis

68 Pumpen 1105

68.1 Hauptparameter von Pumpen 1107

68.2 Nutzleistung und Wirkungsgrad der Pumpe 1107

68.3 Anlagenkennlinien 1108

68.4 Hubkolbenpumpen und Verdrängerpumpen 1108

68.5 Membranpumpen 1109

68.6 Rotierende Verdrängerpumpen 1110

68.7 Zahnradpumpen 1111

68.8 Flügelzellenpumpen 1111

68.9 Schlauchpumpen 1112

68.10 Strahlpumpe, Injektor, Ejektor, Treibmittelpumpe oder Jetpumpe . . 1112

68.11 Axial-und Radialkolbenpumpen 1113

68.12 Sonderbauarten 1113

68.13 Kreiselpumpe 1114

Literatur 1120

69 Verdichter 1121

69.1 Arbeitsdiagramm im Kolbenkompressor (Indikatordiagramm) 1122

69.2 Steuerung des Gasstroms im Zylinder 1124

69.3 Regelung der Hubkolbenverdichter 1125

69.4 Membranverdichter 1125

69.5 Rotierende Verdrängerverdichter 1125

69.6 Turboverdichter, Kreiselverdichter 1127

Literatur 1131

70 Verbrennungsmotoren 1133

70.1 Überblick über Verbrennungsmotoren 1134

70.2 Verbrennungsmotorische Berechnungen 1157

70.3 Bauteile und Funktionsgruppen von Verbrennungsmotoren 1161

70.4 Variable Motorsteuerung 1180

70.5 Gemischbildung und Verbrennung bei Otto- und bei Dieselmotoren 1182

70.6 Aufladung von Verbrennungsmotoren 1186

70.7 Schadstoffemissionen 1187

70.8 Alternative Kraftstoffe 1191

70.9 Motorelektronik 1192

Literatur 1196

Inhaltsverzeichnis XXIX

Teil XII Spanlose Fertigung

71 Urformen 1201

71.1 Gießverfahren 1202

71.2 Modelle und Kokillen 1202

71.3 Formerei 1204

71.4 Herstellung der Schmelze 1205

71.5 Strangguss 1208

71.6 Schleuderguss 1209

71.7 Druckguss 1210

71.8 Feinguss (Schalenformverfahren) 1211

72 Trennen und Umformen 1213

72.1 Trennverfahren 1214

72.2 Umformverfahren 1222

72.3 Stahlbleche und ihre Verarbeitung 1238

73 Verbindende Verfahren 1243

73.1 Schweißen 1244

73.2 Thermisches und nichtthermisches Schneiden 1255

73.3 Löten 1260

Literatur 1262

Teil XIII Zerspantechnik

74 Drehen und Grundbegriffe der Zerspantechnik 1265

74.1 Bewegungen 1266

74.2 Zerspangeometrie 1269

74.3 Kräfte und Leistungen 1273

74.4 Wahl der Schnittgeschwindigkeit 1276

74.5 Berechnung der Hauptnutzungszeit 1279

75 Hobeln und Stoßen 1281

75.1 Bewegungen 1282

75.2 Zerspangeometrie 1283

75.3 Kräfte und Leistungen 1284

75.4 Wahl der Schnittgeschwindigkeit 1284

75.5 Berechnung der Hauptnutzungszeit ?h (Abb. 75.1) 1284

76 Räumen 1285

76.1 Bewegungen 1286

76.2 Zerspangeometrie 1286

76.3 Schnittkraft (Räumkraft) 1286

76.4 Wahl der Schnittgeschwindigkeit 1287

76.5 Berechnung der Hauptnutzungszeit rh 1287

XXX Inhaltsverzeichnis

77 Fräsen 1289

77.1 Bewegungen 1290

77.2 Zerspangeometrie 1290

77.3 Kräfte und Leistungen 1293

77.4 Wahl der Schnittgeschwindigkeit und Grundregeln für Fräsen 1295

77.5 Berechnung der Hauptnutzungszeit/h 1296

78 Bohren 1299

78.1 Bewegungen 1300

78.2 Zerspangeometrie 1300

78.3 Kräfte und Leistungen 1301

78.4 Wahl von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub 1302

78.5 Berechnung der Hauptnutzungszeit fh (Maschinenlaufzeit) 1302

79 Schleifen 1307

79.1 Bewegungen 1308

79.2 Zerspangeometrie 1308

79.3 Schleifkraft und Schleifleistung 1308

79.4 Wahl von Geschwindigkeit, Vorschub und Zustellung 1308

79.5 Oberflächen-Rautiefen 1309

79.6 Berechnung der Hauptnutzungszeit /h (Maschinenlaufzeit) 1309

80 Hartbearbeitungen durch Drehen, Bohren und Fräsen 1311

80.1 Anwendungen 1312

80.2 Schneidstoffe 1313

80.3 Bauteilbelastungen 1314

80.4 Spanformen 1314

80.5 Randbedingungen und EinStellgrößen beim Hartdrehen 1314

80.6 Anforderungen an eine Hartbearbeitungsmaschine 1315

Literaturhinweise 1315

Teil XIV Werkzeugmaschinen

81 Grundlagen 1321

81.1 Definition 1322

81.2 Gebrauchswertparameter einer Werkzeugmaschine 1322

81.3 Kenngrößen und Kennlinien von Werkzeugmaschinen 1324

82 Baugruppen von Werkzeugmaschinen 1327

82.1 Arbeitsspindeln (Hauptspindeln) und ihre Lagerungen 1328

82.2 Hauptantriebe 1337

82.3 Vorschub-und Stellantriebe 1346

82.4 Geradführungen an Werkzeugmaschinen 1358

82.5 Gestelle von Werkzeugmaschinen 1370

82.6 Werkzeug-und Werkstückspanner 1378

Inhaltsverzeichnis XXXI

83 Steuerungs- und Automatisierungstechnik an Werkzeugmaschinen 1387

83.1 Baugruppen und Aufgaben 1388

83.2 Konventionelle Steuerungstechnik an Werkzeugmaschinen 1388

83.3 Numerische Steuerungen 1390

83.4 Die numerische Achse 1392

84 Entwicklung der Werkzeugmaschine zum Komplettbearbeitungszentrum .1399

84.1 Weichbearbeitung von Teilen mit überwiegend runder Gestalt....

1401

84.2 Hartbearbeitung von Teilen mit überwiegend runder Gestalt 1404

84.3 Bearbeitung von Teilen mit prismatischer Gestalt 1408

85 Werkzeugmaschinen zur Herstellung von Verzahnungen 1413

85.1 Grundlagen der spanenden Verzahnungsherstellung 1414

85.2 Verzahnmaschinen mit geometrisch bestimmten Schneiden

zur Bearbeitung von Zylinderrädern und Zylinderschnecken 1415

85.3 Verzahnmaschinen mit geometrisch unbestimmten Schneiden

zur Bearbeitung von Zylinderrädern und Zylinderschnecken 1420

85.4 Verzahnmaschinen zur Kegelradherstellung 1423

86 Werkzeugmaschinen zur Feinstbearbeitung 1425

86.1 Definition der Feinstbearbeitung 1426

86.2 Spanende Feinstbearbeitungsmaschinen für Werkzeugemit geometrisch bestimmter Schneide 1426

86.3 Spanende Feinstbearbeitungsmaschinen für Werkzeugemit geometrisch unbestimmter Schneide 1427

86.4 Umformende Feinstbearbeitungswerkzeuge 1434

87 Umformende und schneidende Werkzeugmaschinen (Auswahl) 1435

87.1 Maschineneinteilung 1436

87.2 Werkzeugmaschinen zum Massivumformen 1436

87.3 Werkzeugmaschinen zur Blechbearbeitung 1442

Weiterführende Literatur 1452

Teil XV Programmierung von Werkzeugmaschinen

88 Einleitung 1455

88.1 Verfahren der NC-Programmierung 1456

88.2 NC-Programmierschnittstelle 1457

88.3 Maschinelle Programmierung und Virtuelle Maschinen 1459

89 Geometrische Grundlagen für die Programmierung 1465

89.1 Koordinatensystem 1466

89.2 Lage der Achsrichtungen 1466

89.3 Bezugspunkte im Arbeitsbereich einer CNC-Werkzeugmaschine ...1466

89.4 Bezugspunktverschiebung 1468

89.5 Zeichnerische Grundlagen für die Programmierung 1468

XXXII Inhaltsverzeichnis

90 Steuerungsarten und Interpolationsmöglichkeiten 1471

90.1 Punktsteuerungsverhalten 1472

90.2 Streckensteuerung 1472

90.3 Bahnsteuerung 1472

90.4 Interpolationsarten 1473

90.5 Ebenenauswahl 1478

91 Manuelles Programmieren 1479

91.1 Kurzbeschreibung 1480

91.2 Aufbau eines CNC-Programms 1480

91.3 Gliederung eines CNC-Programms 1480

91.4 Satzaufbau 1481

91.5 Kreisprogrammierung beim Drehen und Fräsen 1486

91.6 Werkzeugkorrekturen beim Drehen und Fräsen 1488

91.7 Programmierbeispiel 1493

91.8 Besondere Programmierfunktionen für das Bohren, Fräsen

und Drehen 1499

Weiterführende Literatur 1505

92 CAD in der Praxis 1507

92.1 Arbeitsgeräte - Hardware 1508

92.2 Softwaresysteme 1511

92.3 Datenformate - Schnittstellen 1516

92.4 Rechnerunterstützte Konstruktion 1517

Weiterführende Literatur 1519

Teil XVI Steuerungstechnik

93 Einführung in die Steuerungstechnik 1523

93.1 Automatisierungstechnik - Steuerungstechnik 1524

93.2 Grundbegriffe der Steuerungstechnik 1525

93.3 Steuerungsmittel 1527

93.4 Darstellungsmittel für Steuerungen 1538

93.5 Steuerungsarten 1544

94 Grundlagen der Steuerungstechnik 1551

94.1 Daten, Information und Signal 1552

94.2 Zahlensysteme und Codierungen 1554

94.3 Schaltalgebra 1556

94.4 Grundlegende Funktionen der Steuerungstechnik 1566

95 Verbindungsprogrammierte Steuerung 1583

95.1 Verknüpfungssteuerungen für Linearbewegungen 1584

95.2 Ablaufsteuerung für Linearbewegungen 1587

Inhaltsverzeichnis

96 Speicherprogrammierbare Steuerungen 1591

96.1 Aufbau und Funktionen einer SPS 1592

96.2 Analoge Signale in der SPS 1597

96.3 Busankopplung der SPS 1603

96.4 Vorgehen bei der Auswahl einer SPS 1605

96.5 Einrichten einer SPS - Erstellen eines Projektes 1609

97 Maschinensicherheit 1611

Weiterführende Literatur 1616

Teil XVII Regelungstechnik

98 Grundlagen 1619

98.1 Grundbegriffe 1620

98.2 Grafische Darstellung von Regelkreisen mithilfe des Wirkungsplans . 1623

98.3 Beschreibung des Verhaltens von Regelkreisgliedern 1626

99 Regelstrecken 1631

99.1 Einteilung der Strecken 1632

99.2 Regelstrecken mit Ausgleich (P-Strecken) 1633

99.3 Regelstrecken ohne Ausgleich (I-Strecken) 1635

99.4 Regelstrecken mit Verzögerung (PT„-Strecken) 1637

99.5 Regelstrecken mit Totzeit (Tt-Strecken) 1640

99.6 Regelbarkeit und Diagnose 1642

100 Regler 1643

100.1 Einteilung der Regler 1644

100.2 Unstetige Regler am Beispiel des Zweipunktreglers 1644

100.3 Stetige Regler 1645

100.4 Quasistetige Regler 1651

101 Zusammenwirken zwischen Regler und Strecke 1655

101.1 Beurteilungskriterien 1656

101.2 Regelung mit stetigen Reglern 1657

101.3 Regelung mit Zweipunktreglern 1662

101.4 Regelung mit einer SPS 1663

102 Fuzzy-Regelung 1665

102.1 Fuzzy-Mengen 1666

102.2 Fuzzifizierung 1667

102.3 Regelwerk und Inferenz 1669

102.4 Defuzzifizierung 1671

Weiterführende Literatur 1672

XXXVI Inhaltsverzeichnis

Teil XVIH Betriebswirtschaftliche Grundlagen

103 Aufgaben und Zielsetzungen 1675

103.1 Anwendungsgebiete der Betriebswirtschaft im technischen Umfeld . 1676

103.2 Hauptaufgaben 1676

103.3 Betriebswirtschaftliche Ziele und Erfolgsfaktoren 1676

103.4 Kennzahlen 1677

103.5 Wertschöpfungskette des Unternehmens 1677

104 Unternehmensplanung und Unternehmensorganisation 1679

104.1 Unternehmensstrategie 1680

104.2 Die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens im Markt 1681

104.3 Die Aufbauorganisation des Unternehmens 1682

104.4 Prozessorganisation 1683

104.5 Führungsorganisation 1684

104.6 Projektmanagement 1684

105 Finanzierung 1687

105.1 Aufgaben der Finanzierung 1688

105.2 Finanzierungsarten 1688

105.3 Finanzkennzahlen 1688

106 Industrielle Kosten-und Wirtschaftlichkeitsrechnung 1691

106.1 Aufgaben 1692

106.2 Kostenplanung 1692

106.3 Produktkalkulation 1693

106.4 Kostenstellenrechnung 1695

106.5 Deckungsbeitragsrechnung 1696

106.6 Break-Even-Analyse 1697

106.7 Betriebsergebnis und Absatzsegmentrechnung 1698

106.8 Wirtschaftlichkeits-und Investitionsrechnung 1699

107 Produktmarketing und marktorientierte Produktgestaltung 1703

107.1 Aufgaben 1704

107.2 Marketing-Instrumente 1704

107.3 Marktforschung 1705

107.4 Marketingstrategien 1705

107.5 Target Costing 1706

107.6 Wertanalyse 1706

Weiterführende Literatur 1707

Inhaltsverzeichnis XXXVII

Teil XIX Arbeitswissenschaft

108 Arbeitswissenschaft im technischen Umfeld 1711

108.1 Aufgaben und Zweck der Arbeitswissenschaft 1712

108.2 Ziele der Arbeitswissenschaft 1712

108.3 Rechtliche Vorschriften 1713

109 Grundlagen des Arbeitsstudiums 1717

109.1 Das Arbeitssystem 1718

109.2 Der Mensch im Arbeitssystem 1724

109.3 Kennzahlen 1724

109.4 Arbeitsteilung 1724

109.5 Einzel-, Gruppen- und Mehrstellenarbeit 1725

109.6 Fertigungsarten 1726

110 Arbeitsvorbereitung und Arbeitsplanung 1735

110.1 Arbeitsplanerstellung 1738

110.2 Arbeitsdatenmanagement 1739

110.3 Vorgabezeitermittlung (Synthese) 1749

110.4 Methoden der Zeitermittlung 1757

110.5 Leistungsgrad 1758

110.6 Prozesszeiten 1759

110.7 Systeme vorbestimmter Zeiten (SvZ) 1766

110.8 Rationalisierung der Zeitermittlung 1769

Weiterführende Literatur 1771

Teil XX Qualitätsmanagement

111 Qualitätsmanagement 1775

111.1 Entwicklung des Qualitätsmanagements 1776

111.2 Begriffe des Qualitätsmanagements 1777

111.3 Normen für Qualitätsmanagementsysteme 1777

111.4 Normenreihe DIN EN ISO 9000:2000 ff 1778

111.5 Forderungen an QM-Systeme der DIN EN ISO 9000 1778

111.6 European Foundation for Quality Management (EFQM) 1780

112 Qualitätsmanagementmethoden 1783

112.1 Statistische Prozessregelung (SPC) 1784

112.2 Grundlagen der Statistik 1784

112.3 Qualitätsregelkarten (QRK) 1785

112.4 Prozessfähigkeitsuntersuchung PFU 1791

Weiterführende Literatur 1796

XXXVIII Inhaltsverzeichnis

Teil XXI Produktionslogistik

113 Grundlagen der Produktionslogistik 1799

113.1 Strategische Bedeutung 1800

113.2 Hauptaufgaben und Ziele der Produktionslogistik 1800

113.3 Organisationstypen der Produktionslogistik 1801

113.4 ERP-Systeme 1802

113.5 Prozesse in der Produktionslogistik 1806

114 Produktionslogistik mit ERP-Systemen 1807

114.1 Programmplanung 1808

114.2 Materialplanung 1808

114.3 Terminplanung 1813

114.4 Kapazitätsplanung 1816

114.5 Rückmeldung und Betriebsdatenerfassung 1818

114.6 Materialfluss im Fertigungsprozess 1820

115 Supply Chain Management 1821

116 Spezielle Steuerungsmethoden in der Produktionslogistik . . 1823

116.1 KANBAN-Fertigung 1824

116.2 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe 1824

116.3 Steuerung mit Fortschrittszahlen 1824

117 Kostenüberwachung und Wirtschaftlichkeitsrechnung 1827

117.1 Produktkalkulation 1828

117.2 Wirtschaftlichkeitsrechnung 1828

118 Logistikcontrolling 1831

118.1 Durchlaufzeitcontrolling 1832

118.2 Lagercontrolling 1832

118.3 Auftragskontrolle 1834

Weiterführende Literatur 1834

Sachwortverzeichnis 1835