Taschenbuch der

Maschinen-elemente

Frank RiegManfred Kaczmarek (Hrsg.)

Rieg/Kaczmarek (Hrsg.)Taschenbuch der Maschinenelemente

HerausgeberProf. Dr.-Ing. Frank Rieg, Universität Bayreuth

Dipl.-Ing. Manfred Kaczmarek, Nörvenich

AutorenDipl.-Ing. Bettina Alber, Universität Bayreuth, (Kap. 4)

Dr.-Ing. Eberhard Bock, Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik

GmbH & Co. KG Weinheim, (Kap. 27)

Prof. Dr.-Ing. Edmund Böhm, Hochschule Ravensburg-Weingarten,

(Kap. 5)

Dipl.-Ing. Roland Denefleh, SEW Eurodrive GmbH Bruchsal, (Kap. 17)

Prof. Dr.-Ing. Ludger Deters, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg,

(Kap. 25, 26)

Prof. Dr.-Ing. Gerhard Engelken, Fachhochschule Wiesbaden, Standort

Rüsselsheim, (Kapitel 2)

Dipl.-Ing. Josef Esser, TEXTRON Fastening Systems Neuss, (Kap. 14)

Dipl.-Ing. Jens-Uwe Goering, Universität Bayreuth, (Kap. 16)

Dr. Werner Gruber, Korschenbroich, (Kap. 9)

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Reinhard Hackenschmidt, Universität Bayreuth,

(Kap. 3)

Dr.-Ing. Thomas Kämper, Siegling GmbH Hannover, (Kap. 19)

Dipl.-Ing. Manfred Kaczmarek, Nörvenich, (Kap. 1)

Dr.-Ing. Thomas Klenk, Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik

GmbH & Co. KG Weinheim, (Kap. 27)

Dipl.-Ing. Heike Kriegel, Gutekunst Federn Cunewalde, (Kap. 15)

Dipl.-Ing. Daniel Landenberger, Universität Bayreuth, (Kap. 7, 8)

Ing. Peter Möllers, Optibelt GmbH Höxter, (Kap. 20)

PD Dr.-Ing. Thomas Nagel, Technische Universität Dresden, (Kap. 21)

Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg, Universität Bayreuth, (Kap. 6, 22)

Dipl.-Ing. Dietmar Rudy, Schaeffler KG Homburg/Saar, (Kap. 24)

Dipl.-Ing. (FH) Wolf-Dieter Schnell, Hochschule Ravensburg-Weingarten,

(Kap. 5)

Dipl.-Ing. Bettina Spandl, Universität Bayreuth, (Kap. 4)

Prof. Dr.-Ing. Rolf Steinhilper, Universität Bayreuth, (Kap. 7, 8)

Prof. Dr.-Ing. Peter Stelter, Rheinische Fachhochschule Köln, (Kap. 23)

Dr.-Ing. Rainer Storm, Technische Universität Darmstadt, (Kap. 29)

Dr.-Ing. Erhard Vogt, Arnold & Stolzenberg GmbH Einbeck-Juliusmühle,

(Kap. 18)

Prof. Dr.-Ing. Hans Dieter Wagner, Hochschule Heilbronn, (Kap. 10, 11, 12)

Obering. Dipl.-Ing. Günter Wossog, Heidenau, (Kap. 28)

PD Dr.-Ing. habil. Masoud Ziaei, Technische Universität Chemnitz,

(Kap. 13)

Taschenbuch der

Maschinenelemente

herausgegeben vonProf. Dr.-Ing. Frank Rieg undDipl.-Ing. Manfred Kaczmarek

Mit 511 Bildern und 112 Tabellen

FACHBUCHVERLAG LEIPZIG

im Carl Hanser Verlag

Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar. ISBN: 978-3-446-40167-9 E-Book-ISBN: 978-3-446-44587-1 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdrucks und der Vervielfältigung des Buches oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikro-film oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestal-tung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Umschlagbild: Schaeffler KG Herzogenaurach Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag © 2006/2015 Carl Hanser Verlag München www.hanser-fachbuch.de Projektleitung: Jochen Horn Herstellung: Renate Roßbach Umschlaggestaltung: MCP · Susanne Kraus GbR, Holzkirchen Satz: Druckhaus „Thomas Müntzer“ GmbH, Bad Langensalza Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Printed in Germany

VorwortBei der Planung und Konstruktion von technischen Systemen spielenMaschinenelemente eine zentrale Rolle. Durch sie werden Baugruppen,Maschinen und Anlagen zu einer funktionierenden Einheit zusammenge-fügt. Außerdem sind genormte und solche Elemente, die der Konstruk-teur fertig kaufen kann, ein im Konstruktionsprozess bedeutender wirt-schaftlicher Faktor.

In diesem Taschenbuch werden die wichtigsten Maschinenelementevorgestellt. Die Gliederung der Kapitel ist übersichtlich und zweckmä-ßig aufgebaut. Alle Maschinenelemente werden durch die Beschreibungder unterschiedlichen Typen und Bauarten sowie die Anleitung zur Auswahl und Berechnung klar und eindeutig erläutert. In diesem Ta-schenbuch finden sowohl Studierende an Technischen Universitäten,Fachhochschulen und Fachschulen als auch im Berufsleben stehendenPraktiker die für sie wichtigen Informationen.

Zahlreiche Einsatzbeispiele, als Zeichnung oder Bild, erleichtern dieAuswahl für die spezielle technische Problematik des Lesers. Mit demvorliegenden Werk ist eine erste Vorauswahl zur Dimensionierungmöglich. Mit dem aus der anschließenden Berechnung resultierendenMaschinenelement kann dann der Entwurf komplettiert werden.

Was wäre ein Fachbuch ohne seine Autoren? Wir freuen uns, dass es gelungen ist, kompetente und erfahrene Fachleute aus der Industrie, aus Fachhochschulen und Universitäten zu gewinnen, und sagen unserenAutoren herzlichen Dank. Was wäre ein Fachbuch ohne den Verlag?Herr Jochen Horn vom Fachbuchverlag Leipzig begleitete das Projekt sehr engagiert. Wir danken ihm für die ausgezeichnete Zusammenarbeit und dem Verlag für die sorgfältige Ausführung des Werkes.

Was wäre ein Fachbuch ohne seine Leser? Wir hoffen, dass dieses Buchgut von Ihnen aufgenommen wird und dass Sie Nutzen daraus ziehenkönnen. Sollte Ihnen beim Gebrauch dieses Buches das eine oder anderemiss- bzw. gefallen, freuen sich Verlag und Herausgeber gleichermaßensowohl über anregende Kritik als auch über motivierendes Lob.

Bayreuth und Nörvenich, im Frühjahr 2006

Prof. Dr.-Ing. Frank RiegDipl.-Ing. Manfred Kaczmarek

Inhaltsverzeichnis 7

Inhaltsverzeichnis1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.1 Definition und Arten der Maschinenelemente . . . . . . . . . . 211.2 Geschichtliches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.3 Ausführung und Einsatz der Maschinenelemente . . . . . . . . 22

2 Maschinenzeichnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2 Technisches Freihandzeichnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3 Zeichnungen – Begriffe, Grundnormen und -regeln . . . . . . . 25

2.3.1 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.3.2 Formate, Blattgrößen, Vordrucke, Maßstäbe . . . . . . 262.3.3 Linien und ihre Anwendung . . . . . . . . . . . . . . 27

2.4 Zeichnung – Träger von Informationen. . . . . . . . . . . . . . 282.4.1 Geometrieinformation. . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.4.1.1 Ansichten in Parallelprojektionen. . . . . . . 282.4.1.2 Axonometrische Darstellungen . . . . . . . . 312.4.1.3 Besondere Ansichten . . . . . . . . . . . . . 322.4.1.4 Darstellung von Einzelheiten . . . . . . . . . 332.4.1.5 Vereinfachte Darstellungen . . . . . . . . . . 332.4.1.6 Schnittdarstellungen. . . . . . . . . . . . . . 33

2.4.2 Bemaßungsinformation . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.4.2.1 Elemente der Maßeintragung . . . . . . . . . 362.4.2.2 Eintragen von Maßen . . . . . . . . . . . . . 372.4.2.3 Eintragen von Toleranzen. . . . . . . . . . . 38

2.4.3 Technologie- und Qualitätsinformationen . . . . . . . 392.4.4 Organisatorische Informationen . . . . . . . . . . . . 39

2.5 CAD – Computer Aided Design . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.5.1 Die Nutzung von 2D-CAD-Systemen . . . . . . . . . 402.5.2 Die Nutzung von 3D-CAD-Systemen . . . . . . . . . 41

3 Konstruktionsmethodik und Normung . . . . . . . . . . . . . . . . 443.1 Grundlegende Arbeitsmethodik. . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.2 Allgemeiner Lösungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.3 Systematische Suche nach Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.3.1 Konventionelle Methoden. . . . . . . . . . . . . . . . 453.3.2 Kreativitätstechniken . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.4 Beurteilung von Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.5 Entscheidungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.6 Konstruktionsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.6.1 Klären der Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . 503.6.2 Konzipieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.6.3 Entwerfen und Ausarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.7 Die Randbedingungen der Konstruktionsmethodik. . . . . . . . 533.8 Zusammenfassung Konstruktionsmethodik. . . . . . . . . . . . 543.9 Normung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.9.1 Innerbetriebliche Normen . . . . . . . . . . . . . . . . 54

8 Inhaltsverzeichnis

3.9.2 Nationale Normen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.9.3 Europäische Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.9.4 Internationale Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.9.5 Normen im Konstruktionsprozess . . . . . . . . . . . 563.9.6 Inhalt und Art von DIN-Normen . . . . . . . . . . . . 573.9.7 Typung, Normzahlen und Normreihen . . . . . . . . . 58

4 Bezeichnung von Werkstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624.1 Werkstoffauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624.2 Stahl – Eigenschaften und Bezeichnung . . . . . . . . . . . . . 63

4.2.1 Bezeichnung nach europäischer Norm(DIN EN 10027) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.2.1.1 Kurznamen der Gruppe 1 . . . . . . . . . . . 644.2.1.2 Kurznamen der Gruppe 2 . . . . . . . . . . . 66

4.2.2 Werkstoffnummern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.2.2.1 Werkstoffnummern nach DIN 17007 . . . . . 684.2.2.2 Werkstoffnummern nach DIN EN 10027 . . . 68

4.2.3 Charakterisierung und Namen einiger Stähle . . . . . 694.2.3.1 Baustähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.2.3.2 Einsatzstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.2.3.3 Vergütungsstähle . . . . . . . . . . . . . . . 724.2.3.4 Nitrierstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734.2.3.5 Sonderstähle. . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.3 Gusseisen – Eigenschaften und Bezeichnung. . . . . . . . . . . 754.4 Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784.5 Keramik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.6 Polymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.7 Zusammenfassung und Relativkosten der Werkstoffe . . . . . 85

5 Gestaltung von Maschinenteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.1 Begriffsbestimmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

5.1.1 Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.1.2 Gestalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915.1.3 Voraussetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 925.1.4 Einflussgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 925.1.5 Wertanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

5.2 Gestaltungslehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.2.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.2.2 Vorgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 945.2.3 Konstruktionsstrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

5.2.3.1 Bauteilsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . 955.2.3.2 Selbsthilfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.2.3.3 Aufgabenteilung. . . . . . . . . . . . . . . . 985.2.3.4 Kraft- und Energieführung . . . . . . . . . . 101

5.2.4 Gestaltungsrichtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.2.3.1 Betriebsbedingungen . . . . . . . . . . . . . 1025.2.3.2 Werkstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045.2.3.3 Herstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1085.2.3.4 Verwendung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

Inhaltsverzeichnis 9

5.2.3.5 Wartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1115.2.3.6 Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1115.2.3.7 Vorschriften . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1115.2.3.8 Verwertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

5.2.5 Bausysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1125.3 Ausführungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

5.3.1 Arbeitstechnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1135.3.2 Fertigungsunterlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1155.3.3 Kennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

5.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

6 Bauteilfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1186.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.1.1 Zugspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1186.1.2 Druckspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1196.1.3 Flächenpressungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1196.1.4 Schub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1206.1.5 Biegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1206.1.6 Torsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

6.2 Mehrachsiger Spannungszustand . . . . . . . . . . . . . . . . . 1256.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1256.2.2 Gestaltänderungsenergie-Hypothese

(v. Mises) (GEH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1276.2.3 Normalspannungshypothese (NH) . . . . . . . . . . . 1276.2.4 Schubspannungshypothese (Tresca) (SH) . . . . . . . 1276.2.5 Weitere Spannungshypothesen bzw.

Versagenskriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1286.2.6 Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

6.3 Dauerfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1296.3.1 Lastfälle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1296.3.2 Werkstoffkennwerte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1306.3.3 Dauerfestigkeitsschaubild (DFS) . . . . . . . . . . . . 1316.3.4 Oberflächeneinfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1326.3.5 Größeneinfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1326.3.6 Kerbwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.4 Betriebsfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1366.5 Instabilitätsfall: Knicken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1376.6 Achsen und Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

6.6.1 Verformung von Balken . . . . . . . . . . . . . . . . 1396.6.2 Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

7 Schweißverbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1537.1 Merkmale und Anwendung von Schweißverbindungen . . . . . 1537.2 Schweißeignung von Werkstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . 153

7.2.1 Metalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1547.2.2 Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1557.2.3 Schweißzusatzwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.3 Festigkeit und Berechnung von Schweißverbindungen . . . . . 1567.4 Gestaltung von Schweißverbindungen . . . . . . . . . . . . . . 160

10 Inhaltsverzeichnis

7.5 Schweißverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1627.6 Zeichnerische Darstellung von Schweißverbindungen . . . . . 166

7.6.1 Nahtarten und Nahtsymbole . . . . . . . . . . . . . . 1667.6.2 Anordnung der Schweißnahtsymbole. . . . . . . . . . 1677.6.3 Bemaßung der Schweißverbindungen . . . . . . . . . 1687.6.4 Zusatzangaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

8 Lötverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1738.1 Merkmale und Anwendung von Lötverbindungen . . . . . . . . 1738.2 Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

8.2.1 Löteignung von Werkstoffen . . . . . . . . . . . . . . 1748.2.2 Lote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1748.2.3 Flussmittel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

8.3 Festigkeit von Lötverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1768.4 Gestaltung von Lötverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1778.5 Lötverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1798.6 Zeichnerische Darstellung von Lötverbindungen. . . . . . . . . 180

8.6.1 Stoßarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1808.6.2 Nahtarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

9 Klebverbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1839.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1839.2 Grundlagen der Klebtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

9.2.1 Zusatznutzen durch Kleben . . . . . . . . . . . . . . . 1859.2.2 Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

9.2.2.1 Einteilung der Klebstoffe . . . . . . . . . . . 1879.2.2.2 Epoxid-Klebstoffe. . . . . . . . . . . . . . . 1889.2.2.3 Polyurethan-Klebstoffe . . . . . . . . . . . . 1899.2.2.4 Acrylat-Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . 1919.2.2.5 Phenolharze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1939.2.2.6 PVC-Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 194

9.3 Klebgerechtes Konstruieren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1949.4 Vorbehandlung der Fügeteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1969.5 Fertigungstechnik Kleben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1979.6 Eigenschaften der Klebverbindungen. . . . . . . . . . . . . . . 1989.7 Prüfen von Klebverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2019.8 Berechnung von Klebverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 2029.9 Kleben in Kombination mit anderen Fügeverfahren . . . . . . . 2049.10 Vergleich der verschiedenen Fügeverfahren . . . . . . . . . . . 2059.11 Anwendungen in der Praxis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2069.12 Zukunftsaussichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

10 Nietverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20810.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20810.2 Nietformen und Nietwerkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . 20910.3 Herstellung einer Vollnietverbindung . . . . . . . . . . . . . . 21010.4 Gestaltung der Verbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21110.5 Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21110.6 Blindnietverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

Inhaltsverzeichnis 11

10.7 Stanznietverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21310.8 Anwendungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

10.8.1 Verbindungen im Stahlbau . . . . . . . . . . . . . . . 21510.8.2 Verbindungen im Leichtbau . . . . . . . . . . . . . . 21610.8.3 Verbindungen im Automobilbau . . . . . . . . . . . . 216

11 Clinchverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21811.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21811.2 Formen der Clinchverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21911.3 Herstellung einer Clinchverbindung . . . . . . . . . . . . . . . 220

11.3.1 Konventionelles Clinchen. . . . . . . . . . . . . . . . 22011.3.2 Taumelclinchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22111.3.3 Flachpunktclinchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

11.4 Gestaltung einer Clinchverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . 22311.5 Anwendungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

11.5.1 Verbindungen im Leichtbau . . . . . . . . . . . . . . 22311.5.2 Verbindungen im Automobilbau . . . . . . . . . . . . 224

12 Pressverbände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22612.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22612.2 Herstellverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

12.2.1 Längspressverband . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22712.2.2 Querpressverbände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22812.2.3 Druckölverband . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

12.3 Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22912.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22912.3.2 Rein elastischer Pressverband. . . . . . . . . . . . . . 23212.3.3 Elastisch-plastischer Pressverband . . . . . . . . . . . 23412.3.4 Einpresskraft und Fügetemperaturen . . . . . . . . . . 235

12.4 Gestaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

13 Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . 23713.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23713.2 Mittelbare Formschlussverbindungen . . . . . . . . . . . . . . 237

13.2.1 Passfederverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23713.2.2 Stiftverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

13.3 Unmittelbare Formschlussverbindungen . . . . . . . . . . . . . 24513.3.1 Keil- und Zahnwellenverbindungen . . . . . . . . . . 24513.3.2 Polygonverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

13.2.2.1 Querstiftverbindungen . . . . . . . . . . . . 24213.2.2.2 Längsstiftverbindungen . . . . . . . . . . . 243

14 Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25514.1 Schrauben und Muttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

14.1.1 Herstellung von Schrauben und Muttern . . . . . . . . 25514.1.2 Warmbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25514.1.3 Normung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25614.1.4 Qualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

14.2 Zeichnungs- und Kaltformteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

12 Inhaltsverzeichnis

14.3 Auslegung und Berechnung von Schraubenverbindungen . . . . 25914.3.1 Grobe Kalkulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25914.3.2 Genaue Berechnung einer Schraubenverbindung. . . . 264

14.4 Verhalten von Schraubenverbindungen unter Belastungen. . . . 26414.5 Montage von Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . 26814.6 Anziehverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

14.6.1 Anziehen von Hand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27014.6.2 Anziehen mit Drehmomentschlüsseln . . . . . . . . . 27014.6.3 Motorische Anziehverfahren . . . . . . . . . . . . . . 270

14.7 Sichern von Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 27214.7.1 Lockern und Losdrehen von Schraubenverbindungen 27214.7.2 Lockern durch Setzen der Schraubenverbindung . . . . 27314.7.3 Relativbewegungen zwischen den verspannten Teilen 27414.7.4 Die Mechanik des selbsttätigen Losdrehens . . . . . 27414.7.5 Losdrehverhalten verschiedener Sicherungselemente

und -systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27514.7.6 Bewertung der Wirksamkeit im Vergleich . . . . . . . 27614.7.7 Unwirksame Unterlegelemente . . . . . . . . . . . . . 27714.7.8 Verliersicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27814.7.9 Losdrehsicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27814.7.10 Einfluss dieser Erkenntnisse auf die Normung . . . . . . 280

14.8 Korrosionsgeschützte Verbindungselemente . . . . . . . . . . . 28114.8.1 Korrosionsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28114.8.2 Korrosionsschutz durch Oberflächen-

behandlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28214.8.2.1 Nichtmetallische Schutzschichten . . . . . 28214.8.2.2 Galvanische schutzschichten . . . . . . . . 28214.8.2.3 Mechanisches Verzinken . . . . . . . . . . 28314.8.2.4 Zinklamellenüberzüge . . . . . . . . . . . . 28314.8.2.5 Feuerverzinkte Schrauben und Muttern . . . 284

14.9 Schraubenverbindungen für spezielle Anwendungen . . . . . . . 28414.9.1 HV-Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . 28414.9.2 Gewindefurchende Schrauben . . . . . . . . . . . . . 284

14.10 Schadensfälle an Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . 285

15 Metallfedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28915.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28915.2 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

15.2.1 Federkennlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29215.2.2 Federrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29215.2.3 Federarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29215.2.4 Hysterese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29315.2.5 Relaxation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

15.3 Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29415.3.1 Federstahldraht nach EN 10270-1 . . . . . . . . . . . 29515.3.2 Ventilfederdraht nach EN 10270-2 . . . . . . . . . . . 29515.3.3 Nichtrostender Federstahl . . . . . . . . . . . . . . . . 29615.3.4 Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

15.3.4.1 Kupferlegierungen . . . . . . . . . . . . . . 296

Inhaltsverzeichnis 13

15.3.4.2 Nickellegierungen . . . . . . . . . . . . . . 29615.3.4.3 Titanlegierungen . . . . . . . . . . . . . . . 297

15.3.5 Einfluss der Arbeitstemperatur . . . . . . . . . . . . . 29715.3.5.1 Verhalten bei erhöhten Arbeits-

temperaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . 29715.3.5.2 Verhalten bei tiefen Betriebstemperaturen . 298

15.4 Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29915.4.1 Federsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

15.4.1.1 Parallelschaltung. . . . . . . . . . . . . . . 30015.4.1.2 Reihenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . 30115.4.1.3 Mischschaltung . . . . . . . . . . . . . . . 301

15.4.2 Druckfedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30215.4.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 30215.4.2.2 Berechnung zyklischer Druckfedern . . . . 306

15.4.3 Zugfedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30515.4.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 30515.4.3.2 Berechnung von Zugfedern . . . . . . . . . 306

15.4.4 Drehfedern (Schenkelfedern) . . . . . . . . . . . . . . 30815.4.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 30815.4.4.2 Berechnung von Drehfedern. . . . . . . . . 309

15.4.5 Tellerfedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31115.4.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 31115.4.5.2 Berechnung von Einzeltellerfedern . . . . . 31115.4.5.3 Kombination von Einzeltellerfedern. . . . . 313

16 Grundlagen der Verzahnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31516.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

16.1.1 Bezeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31516.1.2 Grundformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

16.2 Verzahnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31616.2.1 Verzahnungsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31616.2.2 Evolventenverzahnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

16.3 Geometrie von Zahnrädern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31916.3.1 Null-Außenverzahnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 31916.3.2 Planverzahnung, Bezugsprofil . . . . . . . . . . . . . 32016.3.3 Null-Schrägverzahnung . . . . . . . . . . . . . . . . . 32116.3.4 Profilverschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32316.3.5 Geometrische Grenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . 32616.3.6 Profilüberdeckung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

16.4 Gestaltung und Tragfähigkeit der Stirnräder . . . . . . . . . . . 32916.4.1 Zahnkräfte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32916.4.2 Reibung, Wirkungsgrad, Übersetzung . . . . . . . . . 33116.4.3 Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33216.4.4 Zahnfußtragfähigkeit der Stirnräder . . . . . . . . . . 33516.4.5 Grübchentragfähigkeit der Stirnräder . . . . . . . . . . 336

17 Getriebetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33917.1 Industrielle Antriebstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33917.2 Standardgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341

14 Inhaltsverzeichnis

17.2.1 Getriebetypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34617.2.1.1 Koaxialgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . 34617.2.1.2 Parallelwellengetriebe . . . . . . . . . . . . 34717.2.1.3 Winkelgetriebe. . . . . . . . . . . . . . . . 34817.2.1.4 Mechanisches Verstellgetriebe . . . . . . . 351

17.2.2 Getriebeauslegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35517.2.2.1 Getriebegehäuse . . . . . . . . . . . . . . . 35517.2.2.2 Zahnräder . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35717.2.2.3 Wellen und Lager . . . . . . . . . . . . . . 36817.2.2.4 Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

17.3 Servogetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37617.3.1 Wichtige Definitionen der Servotechnik . . . . . . . . 378

17.3.1.1 Verdrehspiel . . . . . . . . . . . . . . . . . 37817.3.1.2 Verdrehsteifigkeit . . . . . . . . . . . . . . 378

17.3.2 Servoplanetengetriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . 37917.3.3 Servowinkelgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38217.3.4 Berechnung und Projektierung von Servogetrieben . . 383

17.4 Industriegetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

18 Zugmittelgetriebe – Ketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39018.1 Aufbau von Rollenketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39018.2 Langgliedrige Rollenketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39218.3 Aufbau von Zahnketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39318.4 Kettenräder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394

18.4.1 Verzahnung, Abmessungen . . . . . . . . . . . . . . . 39518.4.2 Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39618.4.3 Triebstockverzahnung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

18.5 Kettenspanner und Kettenführungen . . . . . . . . . . . . . . . 39818.6 Auslegung von Kettengetrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . 399

18.6.1 Kinematik des Kettengetriebes . . . . . . . . . . . . . 39918.6.2 Dynamik des Kettengetriebes . . . . . . . . . . . . . . 40118.6.3 Geometrie des Kettengetriebes . . . . . . . . . . . . . 404

18.6.3.1 Berechnung der Kettenlänge. . . . . . . . . 40518.6.3.2 Berechnung des Achsabstandes . . . . . . . 405

18.6.4 Bestimmende Faktoren der Lebensdauer von Kettengetrieben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407

18.6.5 Einflüsse veränderlicher Parameter . . . . . . . . . . . 40818.6.6 Wartungsarme Ketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409

19 Zugmittelgetriebe – Flachriemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41119.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41119.2 Aufbau von Flachriemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41119.3 Auslegung von Flachriemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41319.4 Typische Anwendungen von Flachriemen . . . . . . . . . . . . 415

20 Zugmittelgetriebe – Keil- und Keilrippenriemen . . . . . . . . . . . 41720.1 Funktion und Betriebsverhalten. . . . . . . . . . . . . . . . . . 41720.2 Grundlagen der Drehmomentübertragung . . . . . . . . . . . . 41820.3 Produktübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420