Das Ingenieurwissen: Entwicklung, Konstruktion und Produktion
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- Berndt Wetzel
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1 Das Ingenieurwissen: Entwicklung, Konstruktion und Produktion
2 Karl-Heinrich Grote Frank Engelmann Wolfgang Beitz Max Syrbe Jürgen Beyerer Günter Spur Das Ingenieurwissen: Entwicklung, Konstruktion und Produktion
3 Karl-Heinrich Grote Universität Magdeburg Magdeburg, Deutschland Frank Engelmann Fachhochschule Jena Jena, Deutschland Wolfgang Beitz TU Berlin Berlin, Deutschland Max Syrbe Frauenhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V Karlsruhe, Deutschland Jürgen Beyerer Fraunhofer Institut für Informationsund Datenverarbeitung Karlsruhe, Deutschland Günter Spur TU Berlin Berlin, Deutschland ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Das vorliegende Buch ist Teil des ursprünglich erschienenen Werks HÜTTE Das Ingenieurwissen, 34. Auflage, Heidelberg, Springer Vieweg Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. 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. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Vieweg ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media.
4 Vorwort Die HÜTTE Das Ingenieurwissen ist ein Kompendium und Nachschlagewerk für unterschiedliche Aufgabenstellungen und Verwendungen. Sie enthält in einem Band mit 17 Kapiteln alle Grundlagen des Ingenieurwissens: Mathematisch-naturwissenschaftliche Grundlagen Technologische Grundlagen Grundlagen für Produkte und Dienstleistungen Ökonomisch-rechtliche Grundlagen Je nach ihrer Spezialisierung benötigen Ingenieure im Studium und für ihre beruflichen Aufgaben nicht alle Fachgebiete zur gleichen Zeit und in gleicher Tiefe. Beispielsweise werden Studierende der Eingangssemester, Wirtschaftsingenieure oder Mechatroniker in einer jeweils eigenen Auswahl von Kapiteln nachschlagen. Die elektronische Version der Hütte lässt das Herunterladen einzelner Kapitel bereits seit einiger Zeit zu und es wird davon in beträchtlichem Umfang Gebrauch gemacht. Als Herausgeber begrüßen wir die Initiative des Verlages, nunmehr Einzelkapitel in Buchform anzubieten und so auf den Bedarf einzugehen. Das klassische Angebot der Gesamt-Hütte wird davon nicht betroffen sein und weiterhin bestehen bleiben. Wir wünschen uns, dass die Einzelbände als individuell wählbare Bestandteile des Ingenieurwissens ein eigenständiges, nützliches Angebot werden. Unser herzlicher Dank gilt allen Kolleginnen und Kollegen für ihre Beiträge und den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Springer-Verlages für die sachkundige redaktionelle Betreuung sowie dem Verlag für die vorzügliche Ausstattung der Bände. Berlin, August 2013 H. Czichos, M. Hennecke
5 VI Vorwort Das vorliegende Buch ist dem Standardwerk HÜTTE Das Ingenieurwissen 34. Auflage entnommen. Es will einen erweiterten Leserkreis von Ingenieuren und Naturwissenschaftlern ansprechen, der nur einen Teil des gesamten Werkes für seine tägliche Arbeit braucht. Das Gesamtwerk ist im sog. Wissenskreis dargestellt.
6 Inhaltsverzeichnis VII Entwicklung und Konstruktion K.-H. Grote, F. Engelmann, W. Beitz 1 Produktentstehung Lebensphasen eines Produkts Technischer Lebenszyklus Wirtschaftlicher Lebenszyklus 1.2 Produktplanung Bedeutung Grundlagen Vorgehensschritte 1.3 Produktentwicklung Generelles Vorgehen Produktspezifisches Vorgehen 2 Aufbau technischer Produkte Funktionszusammenhang Allgemeines Spezielle Funktionen 2.2 Wirkzusammenhang Physikalische, chemische und biologische Effekte Geometrische und stoffliche Merkmale Bauzusammenhang Systemzusammenhang Generelle Zielsetzungen für technische Produkte Anwendungen Konstruktionsmethoden Allgemeine Lösungsmethoden Allgemeiner Lösungsprozess Systemtechnisches Vorgehen Problem- und Systemstrukturierung Allgemeine Hilfsmittel 3.2 Methoden des Konzipierens Intuitiv-betonte Methoden Diskursiv-betonte Methoden 3.3 Methoden der Gestaltung Grundregeln der Gestaltung Gestaltungsprinzipien Gestaltungsrichtlinien 3.4 Baustrukturen Baureihen Baukästen Differenzialbauweise Integralbauweise Verbundbauweise 3.5 Methoden der Auswahl Praxisbeispiel Präzisierung der Aufgabenstellung Konzipieren Entwerfen 4 Konstruktionselemente Bauteilverbindungen Funktionen und generelle Wirkungen Formschluss Reibschluss Stoffschluss Allgemeine Anwendungsrichtlinien 4.2 Federn Funktionen und generelle Wirkungen Zug-druckbeanspruchte Metallfedern Biegebeanspruchte Metallfedern Drehbeanspruchte Metallfedern Gummifedern Gasfedern Allgemeine Anwendungsrichtlinien 4.3 Kupplungen und Gelenke Funktionen und generelle Wirkungen Feste Kupplungen Drehstarre Ausgleichskupplungen Elastische Kupplungen Schaltkupplungen Allgemeine Anwendungsrichtlinien 4.4 Lagerungen und Führungen Funktionen und generelle Wirkungen Wälzlagerungen und -führungen Hydrodynamische Gleitlagerungen und -führungen Hydrostatische Gleitlagerungen und -führungen Magnetische Lagerungen und -führungen Allgemeine Anwendungsrichtlinien 4.5 Mechanische Getriebe Funktionen und generelle Wirkungen Zahnradgetriebe Kettengetriebe Riemengetriebe Reibradgetriebe Kurbel-(Gelenk-) und Kurvengetriebe Allgemeine Anwendungsrichtlinien
7 VIII Inhaltsverzeichnis 4.6 Hydraulische Getriebe Funktionen und generelle Wirkungen Hydrostatische Getriebe (Hydrogetriebe) Hydrodynamische Getriebe (Föttinger-Getriebe) Allgemeine Anwendungsrichtlinien 4.7 Elemente zur Führung von Fluiden Funktionen und generelle Wirkungen Rohre Absperrund Regelorgane (Armaturen) Allgemeine Anwendungsrichtlinien 4.8 Dichtungen Funktionen und generelle Wirkungen Berührungsfreie Dichtungen zwischen relativ bewegten Teilen Berührungsdichtungen zwischen relativ bewegten Teilen (Dynamische Dichtungen) Berührungsdichtungen zwischen ruhenden Teilen (Statische Dichtungen) Membrandichtungen zwischen relativ bewegten Bauteilen Anwendungsrichtlinien 5 Konstruktionsmittel Zeichnungen Rechnerunterstützte Konstruktion Grundlagen Rechnereinsatz in den Konstruktionsphasen 5.3 Normen Kostenerkennung, Wertanalyse Beeinflussbare Kosten Methoden der Kostenerkennung Wertanalyse Mensch-Maschine-Wechselwirkungen, Anthropotechnik M. Syrbe, J. Beyerer 6 Anthropotechnisches Basiswissen für Mensch-Maschine-Wechselwirkungen Phänomene und Begriffe Sinnesorgane, Eigenschaften Informationsverarbeitung des Menschen, Modelle Gestaltungssystematik für Mensch-Maschine-Systeme Qualitative Gestaltungsregeln, Standards (insbesondere Richtlinien, Normen) Literatur Produktion G. Spur 1 Grundlagen Produktionsfaktoren Produktionssysteme Produktivität Produktionstechnik... 2 Rohstoffgewinnung und -erzeugung durch Urproduktion Biotische und abiotische Rohstoffe Energierohstoffe und Güterrohstoffe Erschließen und Gewinnen Aufbereiten... 3 Stoffwandlung durch Verfahrenstechnik Verfahrenstechnische Prozesse Mechanische Verfahrenstechnik Thermische Verfahrenstechnik Chemische Reaktionstechnik
8 Inhaltsverzeichnis IX 4 Formgebung und Fügen durch Fertigungstechnik Fertigungsverfahren und Fertigungssysteme: Übersicht Einteilung der Fertigungsverfahren Fertigungsgenauigkeit Fertigungssysteme und Fertigungsprozesse Integrierte flexible Fertigungssysteme 4.2 Urformen Gießen Pulvermetallurgie Galvanoformen 4.3 Umformen Walzen Schmieden Strang- und Fließpressen Blechumformung 4.4 Trennen Scherschneiden Drehen Bohren, Senken, Reiben Fräsen Hobeln, Stoßen, Räumen, Sägen Schleifen Honen Läppen Polieren Abtragen 4.5 Fügen Beschichten Stoffeigenschaft ändern... 5 Produktionsorganisation Produktplanung Produktionspersonalorganisation Produktionsplanung Produktionssteuerung Produktionsbewertung... 6 Produktionsinformatik Aufgaben Informationsfluss Rechnerintegrierter Fabrikbetrieb... Literatur Erratum
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