Handbuch Maschinenbau

Frontmatter

1. A Mathematik

Zusammenfassung

Die in der Mathematik betrachteten Gegenstände werden oftmals durch Symbole, meistens Buchstaben, bezeichnet. Dabei kennzeichnen manche Symbole feste Dinge, zum Beispiel π das Verhältnis zwischen Umfang und Durchmesser eines beliebigen Kreises. Andere Symbole sind Veränderliche (auch Variable oder Platzhalter genannt), das heißt, sie können jeden Gegenstand einer Klasse von Gegenständen bezeichnen.

Alfred Böge

2. B Naturwissenschaftliche Grundlagen

Zusammenfassung

Im Abschnitt Physik werden drei Themen eingehend behandelt: 1. das Internationale Einheitensystem, 2. die physikalischen Basisgrößen, die Größenarten und die Größengleichungen, 3. Begriffe aus der Mechanik. Die Physik wird klassisch gegliedert in Mechanik, Thermodynamik (Wärmelehre), Akustik, Optik, Elektrizitätslehre, Elektrodynamik. Neuere Zweige sind Atom- und Kernphysik, Wellenmechanik, Festkörpertheorie, Geophysik, Astrophysik. Viele Gebiete gehen ineinander über. Aufgabe der Physik ist es, die in ihren Bereich fallenden Naturvorgänge durch Beobachtung und Versuch (Messen) auf möglichst einfache, eindeutige Weise zu beschreiben, vorhandene Gesetzmäßigkeiten zu erfassen und auf diesen aufbauend, neue Gesetze zu finden. Die naturwissenschaftlichen Gesetze werden möglichst mathematisch formuliert.

Alfred Böge

3. C Mechanik

Zusammenfassung

Kraft ist die Ursache einer Bewegungs- oder (und) Formänderung. Man arbeitet in der Statik mit dem Gedankenbild des „starren“ Körpers, schließt also die bei jedem Körper auftretende Formänderung aus der Betrachtung aus. Jede Kraft lässt sich durch Vergleich mit der Gewichtskraft eines Wägestücks messen. Eindeutige Kennzeichnung einer Kraft F erfordert drei Bestimmungsstücke (Bild 1): Betrag der Kraft, z.B. F = 18 N; in bildlicher Darstellung festgelegt durch Länge einer Strecke in bestimmtem Kräftemaßstab (KM).

Alfred Böge

4. D Festigkeitslehre

Zusammenfassung

Die Festigkeitslehre ist ein Teil der Mechanik. Sie behandelt die Beanspruchungen, das sind die Spannungen und Formänderungen, die äußere Kräfte (Belastungen) in festen elastischen Körpern (Bauteilen) auslösen. Die mathematisch auswertbaren Erkenntnisse werden benutzt zur Ermittlung der Abmessungen der „gefährdeten“ Querschnitte von Bauteilen (Wellen, Achsen, Bolzen, Hebel, Schrauben usw.) für eine nicht zu überschreitende sogenannte zulässige Beanspruchung des Werkstoffes: Querschnittsnachweis; und zur Kontrolle der im gegebenen gefährdeten Querschnitt vorhandenen Beanspruchungen und Vergleich mit der zulässigen Beanspruchung: Spannungsnachweis. Dabei werden ausreichende Sicherheit gegen Bruch und zu große Formänderung, aber auch Wirtschaftlichkeit der Konstruktion erwartet. In der Konstruktion ist es vorteilhaft, die Abmessungen der Bauteile zunächst anzunehmen. Mit den Gesetzen der Festigkeitslehre werden dann die vorhandenen Spannungen und Formänderungen bestimmt und mit den zulässigen verglichen. Die Erkenntnisse der Festigkeitslehre bauen auf den Gesetzen der Statik auf und lassen sich nur im Zusammenhang mit den Erkenntnissen der Werkstofftechnik, Werkstoffkunde und (-prüfung) anwenden.

Alfred Böge

5. E Werkstofftechnik

Zusammenfassung

Alle Produkte der Technik – von Dienstleistungen abgesehen – bestehen aus Werkstoffen: Das Produkt muss mit seinen gewählten Werkstoffen die Anforderungen des Erwerbers oder Benutzers erfüllen: - zuverlässige Funktion über die Lebensdauer (Leistung, Traglasten, Geschwindigkeiten), - niedrige Betriebskosten (Schmierung, Korrosionschutz, Wartung) oder - Regenerationsmöglichkeit bei großen Teilen.

Alfred Böge

6. F Thermodynamik

Zusammenfassung

Die Temperatur ist ein Maß für den Vorrat an (thermischer) innerer Energie eines thermodynamischen Systems. Sie ist eine physikalische Basisgröße. Mit der Temperatur verbinden sich subjektive Wahrnehmungen zur Beschreibung der Warmheit eines stofflichen Körpers (z.B. kalt, warm). Das natürliche Wärmeempfinden des Menschen kann über die Höhe der vorliegenden Temperatur keine hinreichend zuverlässige Aussage machen. Temperaturen werden deshalb mit geeigneten Messgeräten gemessen. Als Basiseinheit ist im Internationalen Einheitensystem das Kelvin (Kurzzeichen: K) festgelegt, Temperaturen können auch in Grad Celsius (Kurzzeichen: ºC) angegeben werden.

Alfred Böge

7. G Elektrotechnik

Zusammenfassung

Ursprünglicher Sitz der Elektrizität ist das Atom. Das Wasserstoffatom z.B. besteht aus einem Proton als Kern und einem Elektron, das diesen Kern auf einer bestimmten Bahn umkreist. Das Proton bezeichnet man als elektrisch positiv, – das Elektron als negativ geladen. Zwischen beiden befindet sich die „Elektrizität“ in Form eines besonderen Raumzustandes, der als elektrisches Feld bezeichnet wird. Normalerweise erscheint ein Stoff nach außen hin elektrisch neutral, weil ebenso viele positive wie negative Ladungen in ihm enthalten sind.

Alfred Böge

8. H Grundlagen der Mechatronik

Zusammenfassung

Der Begriff Mechatronik ist ein Kunstwort, welches durch Eindeutschung des englischen Wortes „Mechatronics“ entstanden ist. Dieses ist wiederum eine Zusammenziehung der englischen Bezeichnungen für „Mechanics“ (Maschinenbau) und „Electronics“ (Elektrotechnik). Der Begriff wurde durch einen japanischen Ingenieur 1969 geprägt und durch eine japanische Firma bis 1972 als Warenzeichen gehalten. In der IEEE/ASME Transactions on Mechatronics (1996) wird Mechatronik wie folgt definiert: „Mechatronics is the synergetic integration of mechanical engineering with electronic and intelligent computer control in the design and manufacture of industrial products and processes“. Im deutschen Sprachraum wird der Begriff Mechatronik neben anderen Definitionen durch eine Zusammenziehung der drei Kerndisziplinen Mechanik, Elektronik und Informatik erklärt. Dies bedeutet, dass Mechatronik ein interdisziplinäres Gebiet ist, in dem die in Bild 1 dargestellten Disziplinen zusammenfließen.

Alfred Böge

9. I Maschinenelemente

Zusammenfassung

Der konstruktive Entwicklungsprozess eines Produkts kann nicht losgelöst von den einzelnen Phasen betrachtet werden, die es während seines Bestehens durchläuft. Jede Phase beeinflusst mehr oder weniger die Ziele der Produktentwicklung. Diese Wechselwirkungen müssen Entwickler und Konstrukteur berücksichtigen. Zum Teil spiegeln sich diese Verbindungen in Anforderungen und Gestaltungshinweisen wider (siehe Kapitel 1.4). Im Folgenden wird der Produktlebenszyklus mit seinen einzelnen Phasen näher vorgestellt.

Alfred Böge

10. K Fördertechnik

Zusammenfassung

Unter Fördertechnik versteht man die Technik des Fortbewegens von Gütern, und auch von Personen, in beliebiger Richtung, über begrenzte Entfernungen. Die Förderung kann also senkrecht (z. B Krane, Aufzüge), waagerecht oder schräg (z. B. Förderbänder, Rolltreppen) erfolgen. Die Fördertechnik behandelt fast immer Aufgaben des innerbetrieblichen Transportes (Rollenbahnen, Gabelstapler, Förderbänder). Dabei werden bei Förderbändern im Tagebergbau bis zu 20 km Förderstrecke erreicht. Als Fördermittel werden die einzelnen Fördermaschinen bezeichnet, mit denen das Material (oder die Personen) bewegt werden. So sind Krane und Hängebahnen z. B. Fördermittel, ebenso wie Flurförderzeuge (z. B. Gabelstapler) oder Rollenbahnen. Wesentliche Aufgaben der Fördermittel sind Fördern (Transportieren), Verteilen, Sammeln und Lagern von Material.

Alfred Böge

11. L Kraft- und Arbeitsmaschinen

Zusammenfassung

Der im Dampferzeuger unter Druck stehende Dampf besitzt potentielle Energie. Dieser Dampf strömt unter Druckminderung durch düsenförmige Leiteinrichtungen, wobei die potentielle Energie des Dampfes in kinetische Energie umgesetzt wird.

Alfred Böge

12. M Spanlose Fertigung

Zusammenfassung

Unter Urformen versteht man das Fertigen eines festen Körpers aus formlosem Stoff. Formlose Stoffe sind Gase, Flüssigkeiten, Pulver, Granulate und Späne. Einzelne Urformverfahren: Gießen: Stoff in flüssigem oder breiigem Zustand wird in eine geometrische Form gebracht. Sintern: Formloser Stoff in festem Zustand (Pulver) wird gemischt und durch Pressen und nachfolgende Wärmebehandlung in eine geometrische Form gebracht.

Alfred Böge

13. N Zerspantechnik

Zusammenfassung

Bei allen Zerspanvorgängen (Drehen, Hobeln, Fräsen, Bohren ...) sind die Bewegungen Relativbewegungen zwischen Werkstück und Werkzeugschneide. Man unterteilt in Bewegungen, die unmittelbar die Spanbildung bewirken (Schnitt-, Vorschub- und resultierende Wirkbewegung) und solche, die nicht unmittelbar zur Zerspanung führen (Anstell-, Zustell- und Nachstellbewegung). Alle Bewegungen sind auf das ruhend gedachte Werkstück bezogen (Bild 1). Schnitt- und Vorschubbewegung können sich aus mehreren Komponenten zusammensetzen, z.B. die Vorschubbewegung beim Drehen eines Formstücks aus Längs- und Planvorschubbewegung.

Alfred Böge

14. O Werkzeugmaschinen

Zusammenfassung

Die Werkzeugmaschine (auch als Fertigungsmittel oder Fertigungseinrichtung bezeichnet) dient der Erzeugung von Werkstücken mittels Werkzeugen entsprechend der gegebenen Fertigungsaufgabe. Die Werkzeugmaschine gibt dem Werkstoff durch urformende, umformende, trennende und/oder fügende Verfahren die geforderte geometrische Form und Oberflächengestalt sowie die gewünschten Abmessungen. Die Werkzeugmaschine hat sich heute zum komplexen Fertigungssystem mit meist hohem Automatisierungsgrad entwickelt. Sie ist vielgestaltig und komplex geworden. Dadurch ist die moderne, für die Anwendung progressiver Fertigungsverfahren geeignete Werkzeugmaschine einschließlich peripherer Einrichtungen, wie Speicher- und Handhabungstechnik für Werkstücke und Werkzeuge, Qualitätssicherungs- und Prozessüberwachungssysteme sowie Möglichkeiten zur Integration in flexible Fertigungssysteme ein Maßstab für den Stand der Produktionstechnik eines Unternehmens.

Alfred Böge

15. P Programmierung von Werkzeugmaschinen

Zusammenfassung

In den 1950-er Jahren wurde am Bostoner MIT (Massachusetts Institute of Technology) die Grundlage der modernen CNC-Technik gelegt. Für die spanende Herstellung von Rotorprofilen für Hubschrauber auf Basis vorab berechneter Konturverläufe wurden erstmalig Steuerungen auf Basis diskreter elektronischer Bauelemente entwickelt. Mit der Einführung integrierter elektronischer Schaltkreise (ICs) begann diese Technologie schrittweise Einzug in die Werkzeugmaschinenindustrie zu halten. Neben der Entwicklung der Hardware wurde die Programmierung und die Entwicklung von entsprechenden Programmiersprachen ein für die Akzeptanz dieser Technologie entscheidende Größe. Wurden anfangs die erforderlichen Informationen über Lochkarten eingelesen erfolgt der Datenaustausch heute zwischen zentralen Datenspeichern und Maschinensteuerungen über Netzwerke. Informationen, die die Abläufe an einer Werkzeugmaschine bzw. allgemeiner einer Fertigungseinrichtung steuern, bestehen aus Ziffern und Zahlen, was zum Begriff der numerischen Steuerung (Numerical Control = NC) führte, siehe auch Kap. 3.3 in Teil O. Da diese Steuerungen seit Ende der siebziger Jahre auf der Grundlage programmierbarer Mikrorechner funktionierten, etablierte sich hierfür der Begriff CNC-Technik (Computerized Numerical Control).

Alfred Böge

16. Q Steuerungstechnik

Zusammenfassung

Steuerungen werden in der Fertigungs-, Montageund Transporttechnik eingesetzt, wenn der aufgabengemäß zu beeinflussende Teil der Anlage stabil ist und nur erfassbare Störgrößen auftreten. Allgemeine Grundbegriffe zur Planung, für den Aufbau, die Prüfung und den Betrieb von technischen Steuerungen sind genormt 1. Bei der Projektierung von Steuerungsaufgaben lässt sich nicht immer von vornherein sagen, ob ein pneumatisches, hydraulisches oder elektrisches / elektronisches System am besten zur Lösung des Steuerungsproblems geeignet ist. In dem Bestreben, den Bauaufwand, die Betriebssicherheit und die technische Vollkommenheit für die jeweilige Aufgabe zu optimieren, müssen häufig zwei oder mehr Steuerungsund Antriebsmedien miteinander verknüpft werden. Neben den technischen sind häufig auch ökonomische und ökologische Gesichtspunkte zu beachten.

Alfred Böge

17. R Regelungstechnik

Zusammenfassung

Die Kernaufgabe in der Regelungstechnik besteht darin, für eine bestimmte Regelungsaufgabe den geeigneten Regler auszuwählen und die Parameter anzupassen. In diesem Kapitel werden zunächst Begriffe im Zusammenhang mit Regelkreisen erläutert. Danach werden Regler und Strecken getrennt betrachtet, um im dritten Teil in ihrem Zusammenwirken untersucht zu werden.

Alfred Böge

18. S Betriebswirtschaft

Zusammenfassung

Die technisch orientierte Betriebswirtschaft unterstützt den Techniker und Ingenieur bei der - Planung und Realisierung wirtschaftlicher Prozesse (Fertigungsprozesse, Entwicklungsprozesse im F+E-Bereich, Vertriebsprozesse, Beschaffungsprozesse), - Überwachung der Wirtschaftlichkeit, - Führung und Management von Abteilungen, Teams, Mitarbeitern und - Entwicklung und Vermarktung kundenorientierter und marktgerechter Produkte.

Alfred Böge

19. T Produktionslogistik

Zusammenfassung

Die Produktionslogistik befasst sich mit der Planung und Steuerung der Waren- und Informationsflüsse im Unternehmen. Sie ist eingebettet in eine umfassende Lieferkette (Supply Chain), bestehend aus Beschaffungs-, Produktions- und Vertriebslogistik. (Bild 1). Die Produktionslogistik ist eine wesentliche Voraussetzung für den Unternehmenserfolg. Aus der Finanzperspektive (vgl. Kaplan/Norton 1996) des Unternehmens fördert eine effektive Produktionslogistik wichtige Erfolgsgrößen im Unternehmen wie • Unternehmensgewinn • Kapitalrendite • Liquidität.

Alfred Böge

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