Handbuch Maschinenbau

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1 Handbuch Maschinenbau

2 AlfredBöge Wolfgang Böge Herausgeber Handbuch Maschinenbau Grundlagen und Anwendungen der Maschinenbau-Technik 22., überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 1946 Abbildungen und 424 Tabellen

3 Herausgeber Alfred Böge Braunschweig, Deutschland Wolfgang Böge Wolfenbüttel, Deutschland Bis zur 16. Auflage erschien das Buch unter dem Titel Das Techniker Handbuch, bis zur 18. Auflage einschließlich hieß es Vieweg Handbuch Maschinenbau, jeweils unter der Herausgeberschaft von Alfred Böge. ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Vieweg Springer Fachmedien Wiesbaden 1964, 1969, 1977, 1979, 1981, 1982, 1983, 1985, 1986, 1987, 1989, 1990, 1992, 1995, 1999, 2000, 2004, 2007, 2009, 2011, 2013, 2015 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. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Lektorat: Technische Redaktion und Satz Bilder: Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (

4 V Vorwort zur 22. Auflage Das Handbuch Maschinenbau beschreibt in verständlicher und praxisnaher Form die Inhalte für den Studienbedarf und die Berufspraxis von Ingenieuren und Technikern. Es hat sich dadurch einen festen Platz in der Techniker- und Ingenieurausbildung erworben. Anwendungsorientierte Fragestellungen führen in das jeweilige Fachgebiet ein. Berechnungsund Dimensionierungsgleichungen werden mit vielen Abbildungen hergeleitet und anhand praktischer Beispiele verdeutlicht. Insbesondere an Hochschulen für angewandte Wissenschaften (HAW), in den Bachelor-und Masterstudiengängen sowie in Technik- und Berufsakademien ist das Handbuch Maschinenbau damit als Arbeitsbuch für das technische Studium unverzichtbar. Dies gilt speziell auch für die Auswahl, Einordnung und Kontrolle von Informationen aus dem Internet. Den ungefilterten Ergebnissen, die Online-Suchmaschinen liefern, setzt das Handbuch Maschinenbau ein strukturiertes, verlässliches und anwendungsorientiertes Fachwissen entgegen. Auch in der Berufspraxis ist es daher als Fachkompendium im ständigen Zugriff von bleibendem Wert. Auch in der nun vorliegenden 22. Auflage haben Autorinnen und Autoren, Herausgeber und Verlag in gründlicher, abgestimmter Arbeit alle Inhalte, Normen sowie alle weiteren Quellen auf Aktualität geprüft und auf den neuesten Stand gebracht. Zu Beginn aller Abschnitte des Handbuchs Maschinenbau stehen nun Übersichten über die Tabellen des gesamten Abschnitts. Diese Übersichten können bei Querverweisen das Auffinden von Tabellen in anderen Abschnitten erleichtern. Darüber hinaus ist das Auffinden und Auswählen von Normen wesentlich erweitert worden. Alle in einem Kapitel angesprochenen Normen werden jetzt am Ende eines jeden Kapitels bzw. Abschnitts übersichtlich aufgelistet. Hier befinden sich auch Hinweise zur weiterführenden Literatur. Im Abschnitt D Festigkeitslehre ist im Kapitel Knickungsberechnungen im Stahlbau die seit Juli 2012 geltende Norm DIN EN eingearbeitet worden. Außerdem wurden die Poisson-Zahl und das Hooke sche Gesetz für Schubbeanspruchung aufgenommen. Der Abschnitt F Elektrotechnik ist völlig neu erarbeitet worden. Neben den elementaren Gesetzmäßigkeiten der Gleich- und Wechselstromkreise werden unter anderem Schaltungen in der elektrischen Messtechnik vorgestellt, grundlegende Bauelemente der Leistungshalbleiter behandelt und der Aufbau und die Wirkungsweise von Gleich-, Wechsel- und Drehstrommotoren erläutert. Im Abschnitt I Maschinenelemente wurde intensiv an Detailverbesserungen für jedes einzelne Maschinenelement gearbeitet. Das betrifft hauptsächlich die Klarheit der Erläuterungen, die Genauigkeit der Berechnungsgleichungen und die strukturellen Veränderungen in den Lösungen komplexer Beispiele, zum Beispiel zu den Zahnrädern. Außerdem wurden die Normenhinweise stark ausgedehnt. Der Abschnitt K Fördertechnik wurde überarbeitet und um eine Einführung in die seit 2012/2013 gültige Normengruppe EN Konstruktion und Sicherheit von Kranen und deren Tragwerken erweitert. Ferner gibt es nun eine Einführung in das Fachgebiet Unstetigförderer für Schüttgüter, ein Grenzgebiet zu den Erdbewegungs- und Baumaschinen.

5 VI Vorwort zur 22. Auflage Im Abschnitt P Programmierung von Werkzeugmaschinen wurde der Begriff der Virtuellen (Werkzeug-) Maschine aufgenommen und erläutert. Er stellt eine wichtige Größe auf dem Weg zur fortschreitenden Digitalisierung der Produktionswelt dar. Im Kapitel S Betriebswirtschaft, Teil B Arbeitswissenschaft, sind die Kapitel Das Arbeitssystem und Datenermittlung in der Arbeitsvorbereitung und Arbeitsplanung komplett überarbeitet worden, da beim Arbeitssystem und bei den Ablaufarten weitergehende Betrachtungen erfolgen. Das Arbeitssystem wird nunmehr durch acht Systemelemente beschrieben und die Ablaufarten für Mensch, Betriebsmittel und Arbeitsgegenstand wurden um die Aufgabe des Arbeitssystems und den Informationsfluss erweitert. Damit kommt zum Ausdruck, dass Prozesse als Ganzes im Rahmen des Industrial Engineerings zu betrachten sind. In sämtlichen Abschnitten wurden zudem die zahlreichen Anregungen, Verbesserungsvorschläge und kritischen Hinweise von Lehrern, Fachleuten aus Industrie und Handwerk und Studierenden dankbar berücksichtigt und verarbeitet. Ein herzlicher Dank der Autorinnen und Autoren und des Herausgebers gilt zu guter Letzt dem Lektorat Maschinenbau des Springer Vieweg Verlags, namentlich Herrn Dipl.-Ing. Thomas Zipsner und Frau Imke Zander. Ihr Engagement und Fachwissen haben einmal mehr in besonderem Maße zum Gelingen dieser mittlerweile 22. Auflage des Handbuchs Maschinenbau beigetragen. Die -Adresse des Herausgebers: [email protected] Wolfenbüttel, November 2014 Wolfgang Böge

6 VII Inhaltsverzeichnis A Mathematik 1 Grundlagen Mengen Aussageformen und logische Zeichen Indizes, Summenzeichen, Produktzeichen Einteilung der Zahlen Komplexe Zahlen Matrizen und Determinanten Funktionen Definition und Darstellungen von Funktionen Verhalten von Funktionen Einteilung der elementaren Funktionen Ganze rationale Funktionen Gebrochene rationale Funktionen Irrationale Funktionen Transzendente Funktionen Trigonometrie Definition der trigonometrischen Funktionen Trigonometrische Funktionen für beliebige Winkel Beziehungen für den gleichen Winkel Graphen der trigonometrischen Funktionen Sinussatz und Kosinussatz Arkusfunktionen Analytische Geometrie Koordinatensysteme Geraden Kreise Kugeln Kegelschnitte Vektoren Differenzial- und Integralrechnung Folgen Reihen Grenzwerte von Funktionen Ableitung einer Funktion Integralrechnung... 62

7 VIII Inhaltsverzeichnis B Naturwissenschaftliche Grundlagen Tabellenübersicht... 1 B1 Physik 1 Physikalische Größen und und Größenarten Basisgrößen und abgeleitete Größen Größengleichungen Dimension einer Größe Einheiten Basiseinheiten, abgeleitete Einheiten, kohärente Einheiten, Hilfs- oder 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 Krafteinheit Newton Arbeits- und Energieeinheit Joule Skalare und Vektoren Geschwindigkeit Beschleunigung Masse Dichte Gewichtskraft Statisches Gleichgewicht Dynamisches Gleichgewicht B2 Chemie 1 Stoffe Aufbau der Materie Atomaufbau und atomare Konstanten Elementsymbole und Atommassen Radioaktivität und Kernchemie Periodensystem der Elemente (PSE) Atommodelle und Quantenzahlen Aufbau des Periodensystems Elektronenkonfiguration Periodische Eigenschaften der Elemente Chemische Bindung Ionenbindung (Salze) Atombindung (Moleküle) Metallbindung (Metalle und Legierungen) Koordinationsverbindungen ( Komplexe ) Zwischenmolekulare Kräfte... 34

8 Inhaltsverzeichnis IX 5 Chemische Reaktionen Stöchiometrie Thermochemie Chemisches Gleichgewicht Katalyse Chemische Reaktionen Säuren und Basen Definitionen und Eigenschaften Benennung von Säuren und Salzen Beispiele für Säuren und Basen Luftschadstoffe und saurer Regen Bauchemie und Wasserhärte Verbrennungsvorgänge Anorganische Basen Stärke von Säuren und Basen Neutralisation und Hydrolyse Konzentrationsmaße Fällungen und Wasserhärte Löslichkeitsprodukt Wasserhärte Wasserreinigung Kennwerte der Wasserqualität Trinkwasseraufbereitung Elektrochemie Oxidation und Reduktion Elektrochemische Zellen Normalpotential Galvanische Elemente und Korrosion Batterien und Akkumulatoren Brennstoffzellen Elektrolyse Metallgewinnung Galvanotechnik Organische Chemie Kohlenwasserstoffe Stoffklassen... 47

9 X Inhaltsverzeichnis C Technische Mechanik Tabellenübersicht... 1 Formelzeichen und Einheiten Statik starrer Körper in der Ebene Grundlagen Zusammensetzen, Zerlegen und Gleichgewicht von Kräften in der Ebene Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) Guldin sche Regeln Standsicherheit, Gleichgewichtslagen Statik der ebenen Fachwerke Reibung Dynamik Bewegungslehre (Kinematik) Mechanische Arbeit W und Leistung P, Wirkungsgrad η, Übersetzung i Dynamik der Verschiebebewegung (Translation) des starren Körpers Dynamik der Drehung (Rotation) des starren Körpers Gegenüberstellung der Gesetze für Drehung und Schiebung Gerader zentrischer Stoß Hydrostatik Eigenschaften der Flüssigkeiten und Gase Hydrostatischer Druck (Flüssigkeitsdruck, hydraulische Pressung) Druck-Ausbreitungsgesetz Anwendung des Druck-Ausbreitungsgesetzes Hydraulische Kraftübertragung Druckverteilung durch Gewichtskraft der Flüssigkeit Hydrostatische Kräfte gegen ebene Wände offener Gefäße Auftrieb Schwimmen Gleichgewichtslagen schwimmender Körper Hydrodynamik; Eindimensionale stationäre inkompressible Strömung Einführung Stromlinie, Bahnlinie, Stromfaden und Stromröhre Kontinuitätsgleichung für die eindimensionale Strömung (Stromfadenströmung) Bernoulligleichung Impulssatz Eindimensionale inkompressible reibungsbehaftete Strömung Ähnlichkeitsgesetze der Strömungsmechanik Strömungswiderstand umströmter Körper Düsen- und Diffusorströmung Grenzschicht Strömungstechnische Messtechnik Numerische Berechnung instationärer Strömungen

10 Inhaltsverzeichnis XI 5 Gasdynamik; Eindimensionale kompressible stationäre Strömung Einführung Schallgeschwindigkeit und Schallausbreitung Energiegleichung der kompressiblen eindimensionalen Strömung; Bernoulligleichung der kompressiblen Strömung Ruhegrößen und kritischer Zustand Das Geschwindigkeitsdiagramm der Energiegleichung Die Durchflussfunktion Isentrope Strömung in Düsen und Blenden Beschleunigte kompressible Strömung Verdichtungsstoß D Festigkeitslehre Tabellenübersicht... 1 Formelzeichen und Einheiten Allgemeines Aufgaben der Festigkeitslehre Schnittverfahren Spannung Formänderung Hooke'sches Gesetz (Elastizitätsgesetz) Die Grundbeanspruchungsarten Zusammengesetzte Beanspruchung Festigkeit Zulässige Spannung und Sicherheit Die einzelnen Beanspruchungsarten Zug und Druck Biegung Knickung Abscheren Torsion (Verdrehung) Flächenpressung Zusammengesetzte Beanspruchungen Gleichzeitiges Auftreten mehrerer Normalspannungen Gleichzeitiges Auftreten mehrerer Schubspannungen Gleichzeitiges Auftreten von Normal- und Schubspannungen Beanspruchung bei Berührung zweier Körper Voraussetzungen Bedeutung der Formelzeichen Berechnungsgleichungen... 87

11 XII Inhaltsverzeichnis E Werkstofftechnik Tabellenübersicht... 1 Formelzeichen und Einheiten Grundlagen Allgemeines Metallkundliche Grundlagen Struktur der Metalle und Legierungen Eigenschaften und Verhalten der Metallgitter Verhalten bei höheren Temperaturen Zweistofflegierungen (binäre Legierungen) Kristall- und Gefügeveränderungen Eisen und Stahl Stahlerzeugung Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm Stahlsorten Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoffe Die Wärmebehandlung der Stähle, Stoffeigenschaft ändern Nichteisenmetalle Bezeichnung der NE-Metalle Aluminium und Al-Legierungen Kupfer Titan Magnesium Nickel Blei Zink Zinn Kunststoffe (Polymere) Herstellungsweg und wichtige Begriffe Struktur der Polymere Duroplastische Kunststoffe Thermoplastische Kunststoffe Elastomere Werkstoffe besonderer Herstellungsart oder Verarbeitung Pulvermetallurgie Keramische Werkstoffe Verbundwerkstoffe Druckgusswerkstoffe... 72

12 Inhaltsverzeichnis XIII 7 Oberflächenbeanspruchung durch Korrosion, Verschleiß und Schutzmaßnahmen Korrosion Tribologie Verschleiß Lager- und Gleitwerkstoffe Beschichtungen und Schichtwerkstoffe Prüfung metallischer Werkstoffe Prüfung der Härte Zugversuch Kerbschlagbiegeversuch Prüfung der Festigkeit bei höheren Temperaturen Untersuchung von Verarbeitungseigenschaften Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung F Thermodynamik Tabellenübersicht... 1 Formelzeichen und Einheiten Grundbegriffe Temperatur Druck Volumen Spezifische Wärmekapazität Wärmeausdehnung Aggregatzustände Wärme und Arbeit Thermodynamisches System Innere Energie Wärme Arbeit Dissipationsenergie Erster Hauptsatz Kreisprozesse Thermischer Wirkungsgrad Zweiter Hauptsatz Entropie Exergie und Anergie Zustandsänderungen idealer Gase Thermische Zustandsgleichung Zustandsänderungen Isochore Zustandsänderung Isobare Zustandsänderung... 24

13 XIV Inhaltsverzeichnis 3.5 Isotherme Zustandsänderung Isentrope Zustandsänderung Polytrope Zustandsänderung Carnot-Prozess Drosselung Gasmischungen Wärmeübertragung Allgemeines Wärmeleitung Wärmeübergang (Wärmekonvektion) Wärmedurchgang Wärmestrahlung G Elektrotechnik Formelzeichen und Einheiten Grundlagen der Elektrotechnik Einfacher Stromkreis Erweiterter Gleichstromkreis Kenngrößen der Elektrotechnik Sinusförmige Wechselspannung Frequenz Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) Leitungssysteme für Drehstrom Kraft im Magnetfeld Drehstrommotor Asynchronmotor Motordaten Sterndreieckschalter Belastungscharakteristik Synchronmotor Reluktanzmotoren Frequenzumrichter Gleichstrommotoren Wechselstrommotoren Schrittmotoren Netzformen und VDE-Bestimmungen Schutzeinrichtungen und Schutzmaßnahmen Überstrom-Schutzeinrichtungen... 48

14 Inhaltsverzeichnis XV 5.3 Weitere Schutzeinrichtungen Gefährliche Körperströme H Grundlagen der Mechatronik 1 Einleitung Begriffsbildung Mechatroniker Mechatronische Systeme Unterschiede zwischen Maschinenbau, Elektrotechnik und Mechatronik Modellbildung und Simulation Verfahren der Modellbildung Unterschiedliche Modelltypen von technischen Systemen Modelle mechanischer Systeme Modelle elektrischer Systeme Simulation Industrieroboter als mechatronisches System Sensorkorrektur von Bewegungsdaten Nachführen eines Roboterarms an einer Freiformfläche I Maschinenelemente Tabellenübersicht Einführung in die Konstruktionsmethodik Einordnung des konstruktiven Entwicklungsprozesses in den Produktlebenszyklus Grundlagen Phasen des Entwicklungs- und Konstruktionsprozesses Gestaltungshinweise zu bestimmten Forderungen CAD in der Praxis Normzahlen, Toleranzen, Passungen Normzahlen ISO-Passungen Maßtoleranzen Eintragen von Toleranzen in Zeichnungen Verwendungsbeispiele für Passungen... 39

15 XVI Inhaltsverzeichnis 3 Praktische Festigkeitsberechnungen im Maschinenbau Klebverbindungen Allgemeines Klebstoffe Herstellung der Klebverbindung Berechnung Gestaltungshinweise Schweißverbindungen Grundsätze Berechnung von Schweißverbindungen Berechnungsbeispiele Nietverbindungen Allgemeines Nietformen Nietwerkstoffe Herstellen der Nietverbindungen Verbindungsarten, Schnittigkeit Nietverbindungen im Stahlbau Schraubenverbindungen Allgemeines Gewinde Schrauben und Muttern Schraubensicherungen Scheiben Berechnung von Befestigungsschrauben Berechnung der Bewegungsschrauben Bolzen, Stiftverbindungen, Sicherungselemente Allgemeines Bolzen Stifte Bolzensicherungen Gestaltung der Bolzen- und Stiftverbindungen Federn Allgemeines Kenngrößen an Federn Federwerkstoffe Zug- und druckbeanspruchte Metallfedern Biegebeanspruchte Metallfedern Drehbeanspruchte Metallfedern

16 Inhaltsverzeichnis XVII 10 Achsen, Wellen, Zapfen Allgemeines Werkstoffe, Normen Berechnung der Achsen Berechnung der Wellen Auszuführende Achsen- und Wellendurchmesser Berechnung der Zapfen Gestaltung Tragfähigkeit für Wellen und Achsen Nabenverbindungen Übersicht Zylindrische Pressverbände Keglige Pressverbände (Kegelsitzverbindungen) Klemmsitzverbindungen Keilsitzverbindungen Ringfederspannverbindungen Längsstiftverbindung Querstiftverbindung Passfederverbindungen (Nachrechnung) Keilwellenverbindung Kupplungen Allgemeines Feste Kupplungen Bewegliche, unelastische Kupplungen Elastische Kupplungen Schaltkupplungen Lager Allgemeines Wälzlager Gleitlager Zahnräder Allgemeines Verzahnungsgesetz Begriffe, allgemeine Verzahnungsmaße Verzahnungsarten Geradstirnräder Schrägstirnräder Kegelräder Schneckengetriebe Gestaltung der Zahnräder aus Metall Schmierung der Zahnradgetriebe Zahnräder aus Kunststoff

17 XVIII Inhaltsverzeichnis K Fördertechnik Tabellenübersicht... 1 Formelzeichen und Einheiten Überblick über das Gesamtgebiet der Fördertechnik Begriffsbestimmungen Besonderheiten der Fördertechnik Einteilung der Fördermittel Transportarbeit, Transportleistung Die Baukastensystematik in der Fördertechnik Begriffsbestimmungen Nutzen des Baukastenprinzips für die Betreiber und Hersteller fördertechnischer Anlagen Komponenten der Fördertechnik Bauelemente der Fördertechnik Bauelemente der Seiltriebe Bauelemente für Kettentriebe Lastaufnahmeeinrichtungen und Ladehilfsmittel Antriebe Handantrieb Elektrische Antriebe Pneumatische Antriebe Hydrostatische Antriebe Dampfmaschinen, Verbrennungsmotoren, Hybridmotoren Steuerungen in der Fördertechnik Ablaufsteuerungen Mikroprozessorsteuerungen Bremsen und Rücklaufsperren Reibungsbremsen Rücklaufsperren Hebezeuge Handhebezeuge Elektroseilzüge Seilwinden für den Forsteinsatz Krane und Hängebahnen Berechnung von Kranen und deren Tragwerken Kranbauformen Laufkrane... 42

18 Inhaltsverzeichnis XIX 8.4 Konsolkrane, Säulendrehkrane, Wandschwenkkrane Hängekrane, Hängebahnen Portalkrane Fahrzeugkrane Stapelkrane und Regalförderzeuge Flurförderzeuge Flurförderer ohne Lastaufnahmeeinrichtung Flurförderer mit eigener Lastaufnahmeeinrichtung Automatisch gesteuerte Flurförderer Stetigförderer für Stückgut Rollenförderer Rutschförderer für Stückgut Kreisförderer Zielsteuerungen für Stückgutfördersysteme Unstetigförderer für Stückgut Radlader, Load & Carry Schwer-Lkw Dumper Unstetigförderer im Untertagebergbau Stetigförderer für Schüttgut Definition, Einteilung, Hauptanwendungen Gurtförderer Gliederbandförderer Kratzförderer und Schwingrinnen Becherwerke Pneumatische Förderanlagen Schaufelradlader Verladeanlagen und Hafenkrane L Kraft- und Arbeitsmaschinen Tabellenübersicht... 1 Formelzeichen und Einheiten Dampfturbinen Erzeugung der kinetischen Energie Nutzung der kinetischen Energie Geschwindigkeitsstufung (Curtisrad) Druckstufung (Zoellyturbine) Überdruckstufung... 13

19 XX Inhaltsverzeichnis 1.6 Labyrinthdichtung Regelung Radialturbinen Turbinenanlagen Wasserturbinen Stauanlagen Durchfluss, Höhenwerte Freistrahlturbinen Francisturbinen Kaplanturbinen Spezifische Drehzahl Kavitation Windkraftanlagen Nutzung der kinetischen Energie Aufbau einer Windkraftanlage Getriebe und Generator Pumpen Fördermenge, Förderhöhe Pumpenleistung und Wirkungsgrad Kolbenpumpen Kreiselpumpen Vergleich zwischen Kolben- und Kreiselpumpen Verdichter Mehrstufige Verdichtung und Kühlung Verdichterleistung und Wirkungsgrad Kolbenverdichter Kreiselverdichter (Turboverdichter) Verbrennungsmotoren Grundlagen Bauteile der Verbrennungsmotoren Gemischbildung bei Ottomotoren Gemischbildung bei Dieselmotoren Maßnahmen zur Verminderung der Abgasschadstoffe bei Verbrennungsmotoren Zweitaktmotoren Motorschmierung Motorkühlung Aufladung von Verbrennungsmotoren Alternative Verbrennungsmotoren... 97

20 Inhaltsverzeichnis XXI M Spanlose Fertigung Tabellenübersicht Urformen Gießverfahren Modelle und Kokillen Formerei Herstellung der Schmelze Strangguss Schleuderguss Druckguss Feinguss (Schalenformverfahren) Trennen und Umformen Trennverfahren Umformverfahren Stahlbleche und ihre Verarbeitung Verbindende Verfahren Schweißen Thermisches und nichtthermisches Schneiden Löten N Zerspantechnik Tabellenübersicht Drehen und Grundbegriffe der Zerspantechnik Bewegungen Zerspangeometrie Kräfte und Leistungen Wahl der Schnittgeschwindigkeit Berechnung der Hauptnutzungszeit Hobeln und Stoßen Bewegungen Zerspangeometrie Kräfte und Leistungen Wahl der Schnittgeschwindigkeit Berechnung der Hauptnutzungszeit t h... 16

21 XXII Inhaltsverzeichnis 3 Räumen Bewegungen Zerspangeometrie Schnittkraft (Räumkraft) Wahl der Schnittgeschwindigkeit Berechnung der Hauptnutzungszeit t h Fräsen Bewegungen Zerspangeometrie Kräfte und Leistungen Wahl der Schnittgeschwindigkeit und Grundregeln für Fräsen Berechnung der Hauptnutzungszeit t h Bohren Bewegungen Zerspangeometrie Kräfte und Leistungen Wahl von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub Berechnung der Hauptnutzungszeit t h (Maschinenlaufzeit) Schleifen Bewegungen Zerspangeometrie Schleifkraft und Schleifleistung Wahl von Geschwindigkeit, Vorschub und Zustellung Oberflächen-Rautiefen Berechnung der Hauptnutzungszeit t h (Maschinenlaufzeit) Hartbearbeitungen durch Drehen, Bohren und Fräsen Anwendungen Schneidstoffe Bauteilbelastungen Spanformen Randbedingungen und Einstellgrößen beim Hartdrehen Anforderungen an eine Hartbearbeitungsmaschine O Werkzeugmaschinen 1 Grundlagen Definition Gebrauchswertparameter einer Werkzeugmaschine Kenngrößen und Kennlinien von Werkzeugmaschinen... 3

22 Inhaltsverzeichnis XXIII 2 Baugruppen von Werkzeugmaschinen Arbeitsspindeln (Hauptspindeln) und ihre Lagerungen Hauptantriebe Vorschub- und Stellantriebe Geradführungen an Werkzeugmaschinen Gestelle von Werkzeugmaschinen Werkzeug- und Werkstückspanner Steuerungs- und Automatisierungstechnik an Werkzeugmaschinen Baugruppen und Aufgaben Konventionelle Steuerungstechnik an Werkzeugmaschinen Numerische Steuerungen Die numerische Achse Entwicklung der Werkzeugmaschine zum Komplettbearbeitungszentrum Weichbearbeitung von Teilen mit überwiegend runder Gestalt Hartbearbeitung von Teilen mit überwiegend runder Gestalt Bearbeitung von Teilen mit prismatischer Gestalt Werkzeugmaschinen zur Herstellung von Verzahnungen Grundlagen der spanenden Verzahnungsherstellung Verzahnmaschinen mit geometrisch bestimmten Schneiden zur Bearbeitung von Zylinderrädern und Zylinderschnecken Verzahnmaschinen mit geometrisch unbestimmten Schneiden zur Bearbeitung von Zylinderrädern und Zylinderschnecken Verzahnmaschinen zur Kegelradherstellung Werkzeugmaschinen zur Feinstbearbeitung Definition der Feinstbearbeitung Spanende Feinstbearbeitungsmaschinen für Werkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide Spanende Feinstbearbeitungsmaschinen für Werkzeuge mit geometrisch unbestimmter Schneide Umformende Feinstbearbeitungswerkzeuge Umformende und schneidende Werkzeugmaschinen (Auswahl) Maschineneinteilung Werkzeugmaschinen zum Massivumformen Werkzeugmaschinen zur Blechbearbeitung

23 XXIV Inhaltsverzeichnis P Programmierung von Werkzeugmaschinen Tabellenübersicht... 1 Einleitung Geometrische Grundlagen für die Programmierung Koordinatensystem Lage der Achsrichtungen Bezugspunkte im Arbeitsbereich einer CNC-Werkzeugmaschine Bezugspunktverschiebung Zeichnerische Grundlagen für die Programmierung Steuerungsarten und Interpolationsmöglichkeiten Punktsteuerungsverhalten Streckensteuerung Bahnsteuerung Interpolationsarten Ebenenauswahl Manuelles Programmieren Kurzbeschreibung Aufbau eines CNC-Programms Gliederung eines CNC-Programms Satzaufbau Kreisprogrammierung beim Drehen und Fräsen Werkzeugkorrekturen beim Drehen und Fräsen Programmierbeispiel Besondere Programmierfunktionen für das Bohren, Fräsen und Drehen Q Steuerungstechnik Tabellenübersicht Steuerungstechnische Grundlagen Grundbegriffe der Steuerungstechnik Unterscheidungsmerkmale für Steuerungen Grafische Darstellung von Steuerungsabläufen Signalverarbeitung in Steuerungen Signalarten Zahlensysteme und Codes Logische Grundverknüpfung binärer Signale Grundlagen und Anwendung der Schaltalgebra Das Karnaugh-Veitch-Diagramm... 17

24 Inhaltsverzeichnis XXV 2.6 Die Speicherfunktion Zeitelemente und Zähler in Steuerungen Steuerungsmittel Mechanische Steuerungen und Speicher Elektrische Steuerungen Fluidische Steuerungen Speicherprogrammierbare Steuerungen Das Automatisierungssystem Grundlagen der Programmierung nach IEC Bibliotheksfähige Programmbausteine Ablaufsteuerungen Analoge Signale in digitalen Steuerungen Busankopplung der speicherprogrammierbaren Steuerung Sicherheitsanforderungen an Steuerungen R Regelungstechnik Tabellenübersicht... 1 Formelzeichen und Einheiten Grundlagen Grundbegriffe Grafische Darstellung von Regelkreisen mithilfe des Wirkungsplans Beschreibung des Verhaltens von Regelkreisgliedern Regelstrecken Einteilung der Strecken Regelstrecken mit Ausgleich (P-Strecken) Regelstrecken ohne Ausgleich (I-Strecken) Regelstrecken mit Verzögerung (PT n -Strecken) Regelstrecken mit Totzeit (T t -Strecken) Regler Einteilung der Regler Unstetige Regler am Beispiel des Zweipunktreglers Stetige Regler Quasistetige Regler Zusammenwirken zwischen Regler und Strecke Beurteilungskriterien Regelung mit stetigen Reglern... 35

25 XXVI Inhaltsverzeichnis 4.3 Regelung mit Zweipunktreglern Regelung mit einer SPS Fuzzy-Regelung Fuzzy-Mengen Fuzzifizierung Regelwerk und Inferenz Defuzzifizierung S Betriebswirtschaft Tabellenübersicht... 1 Formelzeichen und Einheiten... 1 Teil A: Betriebswirtschaftliche Grundlagen 1 Aufgaben und Zielsetzungen Anwendungsgebiete der Betriebswirtschaft im technischen Umfeld Hauptaufgaben Betriebswirtschaftliche Ziele und Erfolgsfaktoren Kennzahlen Wertschöpfungskette des Unternehmens Unternehmensplanung und Unternehmensorganisation Unternehmensstrategie Die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens im Markt Die Aufbauorganisation des Unternehmens Prozessorganisation Führungsorganisation Projektmanagement Finanzierung Aufgaben der Finanzierung Finanzierungsarten Finanzkennzahlen Industrielle Kosten- und Wirtschaftlichkeitsrechnung Aufgaben Kostenplanung Produktkalkulation Kostenstellenrechnung Deckungsbeitragsrechnung Break-Even-Analyse Betriebsergebnis und Absatzsegmentrechnung Wirtschaftslichkeits- und Investitionsrechnung... 24

26 Inhaltsverzeichnis XXVII 5 Produktmarketing und marktorientierte Produktgestaltung Marketing-Instrumente Marktforschung Marketingstrategien Target Costing Wertanalyse Teil B: Arbeitswissenschaft 1 Arbeitswissenschaft im technischen Umfeld Aufgaben und Zweck der Arbeitswissenschaft Ziele der Arbeitswissenschaft Rechtliche Vorschriften Grundlagen des Arbeitsstudiums Das Arbeitssystem Der Mensch im Arbeitssystem Kennzahlen Arbeitsteilung Einzel-, Gruppen- und Mehrstellenarbeit Fertigungsarten Arbeitsvorbereitung und Arbeitsplanung Arbeitsplanerstellung Arbeitsdatenmanagement Vorgabezeitermittlung (Synthese) Methoden der Zeitermittlung Leistungsgrad Prozesszeiten Systeme vorbestimmter Zeiten (SvZ) Rationalisierung der Zeitermittlung Teil C: Qualitätsmanagement 1 Qualitätsmanagement Entwicklung des Qualitätsmanagements Begriffe des Qualitätsmanagements Normen für Qualitätsmanagementsysteme Normenreihe DIN EN ISO 9000:2000 ff Forderungen an QM-Systeme der DIN EN ISO 9000: European Foundation for Quality Management (EFQM) Qualitätsmanagementmethoden Statistische Prozessregelung (SPC) Grundlagen der Statistik Qualitätsregelkarten (QRK) Prozessfähigkeitsuntersuchung PFU

27 XXVIII Inhaltsverzeichnis T Produktionslogistik Formelzeichen und Einheiten Grundlagen der Produktionslogistik Strategische Bedeutung Hauptaufgaben und Ziele der Produktionslogistik Organisationtypen der Produktionslogistik ERP-Systeme Prozesse in der Produktionslogistik Produktionslogistik mit ERP-Systemen Programmplanung Materialplanung Terminplanung Kapazitätsplanung Rückmeldung und Betriebsdatenerfassung Materialfluss im Fertigungsprozess Supply Chain Management Spezielle Steuerungsmethoden in der Produktionslogistik KANBAN-Fertigung Belastungsorientierte Auftragsfreigabe Steuerung mit Fortschrittszahlen Kostenüberwachung und Wirtschaftlichkeitsrechnung Produktkalkulation Wirtschaftlichkeitsrechnung Logistikcontrolling Durchlaufzeitcontrolling Lagercontrolling Auftragskontrolle Sachwortverzeichnis

28 A Mathematik A 1 71 B Naturwissenschaftliche Grundlagen B 1 48 C Technische Mechanik C D Festigkeitslehre D 1 88 E Werkstofftechnik E 1 88 F Thermodynamik F 1 40 G Elektrotechnik G 1 49 H Grundlagen der Mechatronik H 1 34 I Maschinenelemente I K Fördertechnik K 1 76 L Kraft- und Arbeitsmaschinen L M Spanlose Fertigung M 1 58 N Zerspantechnik N 1 42 O Werkzeugmaschinen O P Programmierung von Werkzeugmaschinen P 1 47 Q Steuerungstechnik Q 1 76 R Regelungstechnik R 1 50 S Betriebswirtschaft S T Produktionslogistik T 1 25

29 Alfred Böge, Wolfgang Böge (Hrsg.) Handbuch Maschinenbau Beiträge und Beitragsautoren/-autorinnen A Mathematik Dr. Friedrich Kemnitz, Prof. Dr. Arnfried Kemnitz B Naturwissenschaftliche Grundlagen Gert Böge, Wolfgang Böge, Prof. Dr. rer. nat. Peter Kurzweil C Technische Mechanik Alfred Böge, Gert Böge, Wolfgang Böge, Prof. Dr.-Ing. Dominik Surek D Festigkeitslehre Alfred Böge, Gert Böge, Wolfgang Böge E Werkstofftechnik Wolfgang Weißbach F Thermodynamik Heinz Wittig G Elektrotechnik Herbert Bernstein H Grundlagen der Mechatronik Prof. Dr.-Ing. Werner Roddeck I Maschinenelemente Alfred Böge, Gert Böge, Wolfgang Böge, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Borutzki, Prof. Dr.-Ing. Marcus Kampf Prof. Dr.-Ing. Susanna Labisch, Prof. Dr.-Ing. Petra Linke, Prof. Dr.-Ing. Frank Weidermann K Fördertechnik Dr.-Ing. Johannes Sebulke L Kraft- und Arbeitsmaschinen Wolfgang Böge, Manfred Ristau M Spanlose Fertigung Wolfgang Böge, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Borutzki Prof. Dr.-Ing. Marcus Kampf N Zerspantechnik Lutz Barfels, Alfred Böge, Wolfgang Böge O Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. Werner Bahmann P Programmierung von Werkzeugmaschinen Lutz Barfels, Jürgen Voss Q Steuerungstechnik Prof. Dr.-Ing. Petra Linke, Werner Thrun R Regelungstechnik Berthold Heinrich S Betriebswirtschaft Prof. Klaus-Dieter Arndt, Prof. Jürgen Bauer T Produktionslogistik Prof. Jürgen Bauer