Das Techniker Handbuch

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1 Alfred Böge Das Techniker Handbuch Mit 1769 Bildern und 306 Tafeln 1, überarbeitete und erweiterte Auflage vieweg

2 Inhaltsverzeichnis Mathematik I. Tabellen 1 II. Arithmetik 3 Einleitung der Zahlen 3 Die vier Grundrechenarten 4 Terme 4 Vereinbarungen 4 Termumformungen 5 Bruchrechnung 11 Dezimalzahlen und Dualzahlen 15 Potenzen, Wurzeln, Logarithmen 18 Die Briggsschen Logarithmen Imaginäre Zahlen 29 IM. Gleichungslehre 36 Gleichungsarten 36 Lineare Gleichungen 36 Quadratische Gleichungen 48 Gleichungen dritten und höheren Grades 51 Sonstige Gleichungen 57 Funktionen, graphische Lösungen, analytische Geometrie 62 Begriff der Funktion 62 Die ganze rationale Funktion 62 Sonstige analytische Funktionen 77 Graphische Lösung von Bestimmungsgleichungen 81 Analytische Geometrie 85 Planimetrie (ebene Geometrie) 111 Gerade Linien 111 Winkel 111 Grundkonstruktionen 113 Geometrische Örter (Ortslinien) 115 VI. VII. Das Dreieck 116 Das Viereck 121 Der Kreis 123 Flächeninhalt, Flächenverwandlung 125 Ähnlichkeit und Streckenverhältnisse 127 Stereometrie (räumliche Geometrie Prismatische Körper Pyramidenförmige Körper Pyramidenstumpf und Kegelstumpf Die Kugel Ebene Trigonometrie 138 Definitionen der trigonometrischen Funktionen (Winkelfunktionen, Kreisfunktionen) 138 Zusammenhänge der trigonometrischen Funktionen 138 Die Kurven der Kreisfunktionen 139 Spezielle Funktionswerte der Kreisfunktionen 141 Symmetrie der Kreisfunktionen 141 Additionstheoreme 142 Sinussatz und Kosinussatz 143 Gradmaß und Bogenmaß 145 Winkelfunktion und Arcusfunktion 147 VIII. Analysis (Differential- und Integralrechnung) 149 Folgen und Reihen 149 Grenzwerte 152 Differentialrechnung 156 Integralrechnung 168 VI

3 Physik Physikalische Größen und Größenarten Basisgrößen und abgeleitete Größen Größengleichungen Die Dimension einer Größe Einheiten Basiseinheiten, abgeleitete Einheiten, kohärente Einheiten, Hilfsoder Sondereinheiten Das Meter ist die Basiseinheit der Basisgröße Länge Das Kilogramm ist die Basiseinheit der Basisgröße Masse Die Sekunde ist die Basiseinheit der Basisgröße Zeit Die Krafteinheit Newton Die Arbeits- und Energieeinheit Joule Skalare und Vektoren Bewegung, Bewegungsarten (Translation, Rotation) Geschwindigkeit Beschleunigung Masse, Massenpunkt und Massenträgheitsmoment Dichte Gewichtskraft Gravitation oder Massenanziehung Trägheit und Trägheitsgesetz (Erstes Newtonsches Axiom) Das Dynamische Grundgesetz (Zweites Newtonsches Axiom) Wechselwirkungsgesetz (Drittes Newtonsches Axiom) Die Kraft Die Trägheitskraft Statisches Gleichgewicht Dynamisches Gleichgewicht Mechanik 217 II. Statik starrer Körper in der Ebene Grundlagen Zusammensetzen, Zerlegungen und Gleichgewicht von Kräften in der Ebene Kräfte im Raum (Sonderfälle) Schwerpunkt Guldinsche Regeln Standsicherheit, Gleichgewichtslagen Ebene Fachwerke Reibung Dynamik Bewegungslehre (Kinematik) Mechanische Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad, Übersetzung II 1 Dynamik der Verschiebebewegung (Translation) des starren Körpers 290 Dynamik der Drehung (Rotation) des starren Körpers 299 Gegenüberstellung der Gesetze für Drehung und Schiebung 310 Gerader zentrischer Stoß 311 Statik der Flüssigkeiten (Hydrostatik) 320 Eigenschaften der Flüssigkeiten und Gase 321 Hydrostatischer Druck (Flüssigkeitsdruck, hydraulische Pressung) 321 Druck-Ausbreitungsgesetz 321 Anwendung des Druck- Ausbreitungsgesetzes 322 VII

4 Druckverteilung durch Gewichtskraft der Flüssigkeit Hydrostatische Kräfte gegen ebene Wände offener Gefäße Auftrieb Schwimmen Gleichgewichtslagen schwimmender Körper Dynamik der Flüssigkeiten (Hydrodynamik) Die Grundgleichungen der Strömung Anwendung der Bernoulligleichung Widerstände in Rohrleitungen Festigkeitslehre 343 i. i. II. Aufgaben der Festigkeitslehre Schnittverfahren Spannung Formänderung Hookesches Gesetz (Elastizitätsgesetz) Die Grundbeanspruchungsarten Zusammengesetzte Beanspruchung Festigkeit Zulässige Spannung und Sicherheit Die einzelnen Beanspruchungsarten Zug und Druck Biegung Knickung Abscheren Torsion (Verdrehung) Flächenpressung ; III. Zusammengesetzte Beanspruchungen Gleichzeitiges Auftreten mehrerer Normalspannungen Gleichzeitiges Auftreten mehrerer Schubspannungen Gleichzeitiges Auftreten von Normal- und Schubspannungen Beanspruchung bei Berührung 1 zweier Körper (Hertzsche Gleichungen) 455 Voraussetzungen Bedeutung der Formelzeichen Berechnungsgleichungen Nomogramme zur Festigkeitslehre Zug-, Druck- und Längenänderung Biegung Knickung Abscheren Torsion und Verdrehwinkel Werkstoffkunde 463 i. i. Grundlagen Bau der Atome Periodensystem der Elemente Chemische Bindung Wichtige Gruppen der chemischen Verbindungen Chemische Vorgänge (Reaktionen) VIII

5 II. Metallkundliche Grundlagen 492 Struktur der Metalle und Legierungen 492 Eigenschaften und Verhalten III. der Metallgitter Zweistofflegierungen Legierungstypen Gefügefehler Metallgewinnungsverfahren Darstellung der Metalle Stahlerzeugung Technisch wichtige Legierungen des Eisens Eisen Die Wärmebehandlung der Stähle Stahlsorten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffe Nichteisenmetalle über NE-Metalle Aluminium Kupfer Titan Magnesium Blei Zinn Zink Werkstoffe für Lötungen 10. Druckgußwerkstoffe 1 Sinterwerkstoffe 1 Keramische Werkstoffe 1 Verbundwerkstoffe VI. Kunststoffe Begriffe und Zusammenhänge Monomere Ausgangsstoffe Chemische Reaktionen zur Bildung von Makromolekülen Molekülstruktur und Einfluß auf die Eigenschaften Duroplaste Thermoplaste VII. Prüfung metallischer Werkstoffe Prüfung der Härte Der Zugversuch Kerbschlagbiegeversuch Prüfung der Festigkeit bei höheren Temperaturen Prüfung der Festigkeit bei schwingender Beanspruchung, Dauerschwingversuch Untersuchung von Verarbeitungseigenschaften Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung Wärmelehre 597 I. Grundbegriffe 598 Wärme und innere Energie 598 Temperatur und Temperatureinheiten 598 Druck und Druckeinheiten 599 Volumen und Volumeneinheiten 601 Wärmemenge und Wärmeeinheiten 603 Spezifische Wärmekapazität 603 Wärmeausdehnung 607 Aggregatzustände 611 II. Wärme und Arbeit Erster Hauptsatz der Wärmelehre Kreisprozesse 615 Thermischer Wirkungsgrad 616 Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre 617 Umkehrbare Zustandsänderungen 617 Maximal gewinnbare Arbeit 618 IM. Thermodynamik vollkommener Gase 618 Allgemeine Zustandsgieichung 618 Spezifische Wärmekapazität 619 Innere Energie 621 Äußere Arbeit 622 IX

6 Technische Arbeit 623 Enthalpie 623 Entropie 624 Zustandsänderungen 625 Carnotscher Kreisprozeß Drosselung Gasmischungen 641 Wärmeübertragung Wärmeleitung 645 Wärmeübergang (Wärmekonvektion) 646 Wärmedurchgang 648 Wärmestrahlung 652 Elektrotechnik 655 II. Grundlagen Stromkreis Leistung, Arbeit, Energieumrechnungen Grundschaltungen der Praxis Elektrochemie Magnetismus Induktion und Kraftwirkung im Magnetfeld Elektrisches Feld Wechselstrom Drehstrom Anwendungen 705 Verteilung der elektrischen Energie 705 Beleuchtungstechnik Elektrische Unfälle und Schutzmaßnahmen Transformatoren Gleichstrommaschine als Generator 722 Gleichstrommaschine als Motor Drehstrommaschine als Motor Einphasen-Wechselstrommotoren Wechselwirkung zwischen Elektromotor und Arbeitsmaschine 734 Umformung der Stromarten 738 Steuerung von Drehzahl und Drehmoment bei Motoren 741 Sondererscheinungen der Elektrizität 743 Elektrische Meßgeräte 745 Elektrische Messungen 747 Spanlose Fertigung 751 Urformen Gießverfahren Modelle und Kokillen Formerei Herstellung der Schmelze Strangguß Schleuderguß Druckguß Feinguß II. Trennen und Umformen 767 Trennverfahren 767 Umformverfahren 778 Stahlbleche und ihre Verarbeitung 802 III. Verbindende Fertigungsverfahren 806 Schweißen 806 Lötverbindungen 827 X

7 Zerspantechnik 831 II. III. Drehen und Grundbegriffe der Zerspantechnik Zerspangeometrie Kräfte und Leistungen Wahl der Schnittgeschwindigkeit Berechnung der Hauptnutzungszeit Hobeln und Stoßen Zerspangeometrie Kräfte und Leistungen Wahl der Schnittgeschwindigkeit Berechnung der Hauptnutzungszeit Räumen Zerspangeometrie Schnittkraft (Räumkraft) Wahl der Schnittgeschwindigkeit Berechnung der Hauptnutzungszeit VI. Fräsen Zerspangeometrie Kräfte und Leistungen Wahl der Schnittgeschwindigkeit und Grundregeln für Fräsen Berechnung der Hauptnutzungszeit Bohren Zerspangeometrie Kräfte und Leistungen Wahl von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub Berechnung der Hauptnutzungszeit Schleifen Zerspangeometrie Schleifkraft und Schleifleistung Wahl von Geschwindigkeit, Vorschub und Zustellung Oberflächen-Rauhtiefen Berechnung der Hauptnutzungszeit Werkzeugmaschinen 875 I. Werkstück- und Werkzeugträger 875 Spindeln 875 Werkstücktische 879 Werkzeugschlitten 881 Stößel 885 Bare 887 II. Werkstück- und Werkzeugspanner 888 Umlaufende Werkstückspanner 889 Umlaufende Werkzeugspanner 906 Feste Werkstückspanner 912 Feste Werkzeugspanner 917 IM. Spindellagerungen und Geradführungen Spindellagerungen Geradführungen Getriebe Getriebe für Drehbewegungen Getriebe für geradlinige Stufenlose elektrische Antriebe Gestelle Gegossene Gestelle Geschweißte Gestelle XI

8 Betriebswirtschaftslehre 981 I. Betriebsorganisation Übersicht Merkmale der Gliederung von Aufbauorganisationen Aufgaben der Betriebsabteilungen Materialwirtschaft Absatz und Erzeugnislager Betriebliches Rechnungswesen Soziale Leitung und Personalwesen Arbeitsvorbereitung (Fertigungsorganisation) Werkstätten Kontrollen IM. Kosten- und Preisermittlung Zweck Divisionskalkulation Zuschlagskalkulation Auswertung zur Gemeinkostenberechnung Bestimmen der optimalen Losgröße Rationalisierungsaufgaben 1006 Sinn und Ziel der Rationalisierung 1006 Rationalisierung durch Normung, Typen- und Sortenbeschränkung 1006 Schwerpunktsaufgabe der Betriebe 1007 VI. Organisation des Arbeitsablaufes Anstoß zur Fertigung Gestaltung eines Erzeugnisses Gliederung des Fertigungsauftrag Art- und Mengenteilung der Arbeit Arten der Arbeitsplätze Prinzipien der Arbeitsplatzanordnung Fristen-, Termin- und Betriebsmittelbelegungsplan Zeit und Menge im betrieblichen Arbeitsablauf Zeiten des Betriebes Zeitermittlung (Grund-, Verteil- und Erholungszeiten) Menschlicher Leistungsgrad Zeitgrad des Menschen Gliederung der Auftragszeit VII. Arbeitsgestaltung, Zeit- und Lohnermittlung Gestaltung der Arbeit Vorkalkulation der Arbeitszeit esl durch Schätzen, Vergleichen und Rechnen 1027 Technik und Auswertung der Zeitaufnahme 1031 Lohn und Entlohnungssysteme 1043 Anwendung der Vorgabezeiten im Betrieb 1043 Kraft- und Arbeitsmaschinen 1045 I. Feuerungstechnik 1046 Brennstoffe 1046 Verbrennungswärme (Heizwert) und Verbrennungsluft 1048 Verbrennungskontrolle 1050 Feuerungsarten 1051 II. Dampferzeugung 1056 Dampfarten 1056 Kesselwirkungsgrad, Verdampfziffer 1056 Heizteile 1058 Wärmeaustausch 1059 Kesselbauarten 1060 XII

9 III. VI. Dampfturbinen 1065 Erzeugung der kinetischen Energi iel065 Nutzung der kinetischen Energie 1069 Geschwindigkeitsstufung (Curtisrad) 1073 Druckstufung (Zoellyturbine) 1077 Überdruckstufung 1079 Labyrinthdichtung 1080 Regelung 1081 Radialturbinen 1082 Turbinenanlagen 1083 Wasserturbinen Stauanlagen Durchfluß, Höhenwerte Freistrahlturbinen Francisturbinen Kaplanturbinen Spezifische Drehzahl Kavitation Windkraftanlagen Nutzung der kinetischen Energie Aufbau einer Windkraftanlage Verbrennungsmotoren Grundlagen Bauteile der Verbrennungsmotoren Kraftstoffe Kraftstoff-Förderanlage Luftfilter Vergaseranlagen VII Benzineinspritzung Dieselmotoren Zweitaktmotoren Motorschmierung Motorkühlung Abgasanlagen Aufladen von Verbrennungsmotoren Zündanlagen Generator Starter Alternative Verbrennungsmotoren. Pumpen Fördermenge, Förderhöhe Pumpenleistung und Wirkungsgrad Kolbenpumpen Kreiselpumpen Vergleich zwischen Kolben- und Kreiselpumpen Vlil.Verdichter Mehrstufige Verdichtung und Kühlung Verdichterleistung und Wirkungsgrad Kolbenverdichter Kreiselverdichter (Turboverdichter) Fördertechnik 1205 I. Überblick über das Gesamtgebiet der Fördertechnik 1205 Begriffsbestimmung und Abgrenzung 1205 Einteilung der Fördermittel 1206 Transportarbeit, Transportleistung 1207 II. Die Baukastensystematik in der Fördertechnik 1208 Begriffsbestimmungen 1208 Nutzen des Baukastenprinzips für die Betreiber und Hersteller fördertechnischer Anlagen 1209 Komponenten der Fördertechnik 1210 III. Bauelemente der Fördertechnik Bauelemente der Seiltriebe Bauelemente für Kettentriebe Lastaufnahmeeinrichtungen und Ladehilfsmittel Antriebe Handantrieb Elektrische Antriebe Pneumatische Antriebe Hydrostatische Antriebe Verbrennungsmotoren und Dampfmaschinen XIII

10 Bremsen und Rücklaufsperren 1234 Reibungsbremsen 1234 Rücklaufsperren 1241 VI. Hebezeuge Handhebezeuge Elektroseilzüge Maschinenelemente 1251 i. I. II. IM. VI. Normzahlen, Toleranzen, Passungen Normzahlen ISO-Passungen Maßtoleranzen Eintragung von Toleranzen in Zeichnungen Verwendungsbeispiele für Passungen Festigkeit und zulässige Spannung Klebverbindungen Klebstoffe Herstellung der Klebverbindung Berechnung Gestaltungshinweise Lötverbindungen Schweißverbindungen 1268 Schweißnahtarten 1268 Schweißverbindungen im Stahlbau 1269 Schweißverbindungen im Maschinenbau 1271 Gestaltung der Schweißverbindungen 1272 Nietverbindungen Nietformen Nietwerkstoffe Herstellen der Nietverbindungen Verbindungsarten, Schnittigkeit Nietverbindungen im Stahlbau VII. Schraubenverbindungen Gewinde Schrauben und Muttern Schraubensicherungen XIV IX X. XI Scheiben Berechnung der Befestigungsschrauben Berechnung der Bewegungsschrauben VIII.Bolzen-, Stiftverbindungen und Sicherungselemente Bolzen Stifte Bolzensicherungen Gestaltung der Bolzen- und Stiftverbindungen Federn Kenngrößen an Federn Federwerkstoffe Zug- und druckbeanspruchte Metall-Federn Biegebeanspruchte Metall-Federn Drehbeanspruchte Metall-Federn Achsen, Wellen und Zapfen Werkstoffe, Normen Berechnung der Achsen Berechnung der Wellen Auszuführende Achsen- und Wellendurchmesser Berechnung der Zapfen Gestaltung Nabenverbindungen Übersicht Zylindrische Preßverbände Keglige Preßverbände Klemmsitzverbindungen Keilsitzverbindungen Ringfederspannverbindungen Längsstiftverbindung Querstiftverbindung

11 Paßfederverbindungen 10. Keilwellenverbindung XII. Kupplungen Feste Kupplungen Bewegliche, unelastische Kupplungen Elastische Kupplungen Schaltkupplungen XIII. Lager Wälzlager Gleitlager XII /. Zahnräder Verzahnungsgesetz Begriffe, allgemeine Verzahnungsmaße Verzahnungsarten Geradstirnräder Schrägstirnräder Kegelräder Schneckengetriebe Gestaltung der Zahnräder aus Metall Schmierung der Zahnräder Zahnräder aus Kunststoff Steuerungstechnik 1467 II. Grundbegriffe der Steuerungstechnik Definitionen, Bezeichnungen Steuerungsarten Graphische Darstellung von Steuerungsabläufen Grundelemente logischer Schaltungen NICHT (Negation) UND-NAND ODER-NOR Exklusiv-ODER NOR und NAND - universelle Logikbausteine Lehrbeispiele IM IV Ä Schaltalgebra Grundregeln der Schaltalgebra Karnaugh-Diagramme Der Speicher als Element der Schaltalgebra Zählspeicher Technische Ausführung von digitalen Steuerelementen Elektromechanische Bauteile Elektronische Bauteile Fluidik-Elemente Schaltlogik mit Hilfe des Pneumistors Steuerschaltungen mit Fluidik- Elementen Pneumatische Elemente CNC-Technik 1555 I. Aufbau numerisch gesteuerter II. Werkzeugmaschinen 1555 Fräs- und Drehmaschinen 1555 Wegmeßsysteme an CNC- Werkzeugmaschinen 1556 Geometrische Grundlagen für die Programmierung 1561 Koordinatensystem 1561 Lage der Achsrichtungen 1561 Bezugspunkte im Arbeitsbereich einer CNC-Werkzeugmaschine 1562 XV

12 Bezugspunktverschiebung 1564 Zeichnerische Grundlagen für die Programmierung 1565 III. Informationsfluß bei der Fertigung 1568 Informationsverarbeitung und Informationsträger 1568 Informationsquellen 1569 Lochstreifen 1569 Steuerungsarten und Interpolationsmöglichkeiten 1571 Punktsteuerungsverhalten 1572 Streckensteuerung 1573 Bahnsteuerung 1573 Interpolationsarten 1575 Ebenenauswahl 1582 Manuelles Programmieren 1583 Kurzbeschreibung 1583 Aufbau eines CNC-Programms 1583 Gliederung eines CNC-Programms 1583 Satzaufbau 1584 Kreisprogrammierung beim Drehen und Fräsen 1593 Werkzeugkorrekturen beim Drehen und Fräsen 1596 Programmierbeispiel 1604 Besondere Programmierfunktionen für das Bohren, Fräsen und DrehenlölO Maschinelles Programmieren 1618 Kurzbeschreibung und Entwicklungsverlauf 1618 Informationsfluß 1618 Werkstückbemaßung beim maschinellen Programmieren 1623 Maschinelles Programmieren von Drehteilen mit EXAPT Anweisungstypen in einem EXAPT 2-Programm 1630 Programmierbeispiel ZAPFEN 1648 SPS 1655 I. Aufbau von speicherprogrammierbaren Steuerungen - Hardware 1655 Aufgaben einer speicherprogrammierbaren Steuerung 1655 Arbeitsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung 1656 Aufbau und Geräte einer speicherprogrammierbaren Steuerung 1657 II. Programmierung von speicherprogrammierbaren Steuerungen - Software 1664 Programmierung 1664 Programmiersprachen einer SPS 1665 III. Belegungsliste Schaltplan Programmiersprachen für Verknüpfungssteuerungen Programmiersprachen für Ablaufsteuerungen Arbeitsbeispiele Steuerungsaufgabe: Stempelpressf Steuerungsaufgabe: Stanzpresse Steuerungsaufgabe: Wendeschützschaltung Steuerungsaufgabe: Transportband Steuerungsaufgabe: Prägewerkzeug : Sachwortverzeichnis 1687 XVI