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About this book

Dieses Grundlagenlehrbuch vermittelt das notwendige Wissen in einfacher und verständlicher Form. Text und Abbildungen orientieren sich dabei an einer geeigneten Darstellungsweise für die Technikerausbildung. Es werden die vom Lehrplan für Berufsbildung des Landes NRW geforderten Inhalte abgebildet. Technische Fragestellungen und Lösungswege werden auf einfache Weise anhand vieler Abbildungen und Berechnungsbeispiele in kleinen Schritten dargestellt. Einige davon sind Videoanimationen, die mithilfe von QR-Codes aufgerufen werden können. Außerdem wird die Durchführung von selbstständigen Projekt- und Abschlussarbeiten dadurch unterstützt, dass anhand eines Praxisbeispiels (3D-Drucker) die entsprechende Anwendung der Konstruktionsmethodik und des Projektmanagements beschrieben werden

Table of Contents

Frontmatter

1. Konstruieren, wie fange ich an?

Zusammenfassung
Die wichtigste Aufgabe eines Konstrukteurs besteht darin, ein technisches Erzeugnis (Produkt) entweder neu zu entwickeln oder ein bereits vorhandenes zu verbessern. Um dabei erfolgreich zu sein, sollte man systematisch vorgehen. Die Lehre der Konstruktionsmethodik bietet hierfür umfangreiche Hilfestellungen an. Die wissenschaftliche Basis dafür ist die Systemtheorie, die beschreibt, was ein (technisches) System eigentlich ist und welche Eigenschaften (Systemmerkmale) es hat.
Am Beginn steht für den Konstrukteur die Frage: „Was genau will ich erreichen und welche Mittel stehen dafür zur Verfügung?“ Damit lassen sich die Eingangs- und Ausgangsgrößen eines Systems definieren und man kann seine gewünschte Hauptfunktion (den Wesenskern) formulieren, ohne bereits Einzelheiten kennen zu müssen. Die erste und einfachste Darstellung ist dann die so genannte Black-Box.
Paul Naefe, Michael Kott

2. Wie finde ich heraus, ob ein Bauteil standhält?

Zusammenfassung
Um herauszufinden, ob ein Bauteil (Maschinenelement) standhält, bieten sich zwei Wege an. Der erste besteht darin, dass man einen Prototypen anfertigt und dann in der Praxis erprobt. Dieser Weg verursacht erhebliche Kosten und ist sehr zeitintensiv. Der zweite ist, analytisch vorzugehen. Dazu sind Kenntnisse aus der Physik, insbesondere der Mechanik, notwendig. Außerdem sind die geometrischen Verhältnisse des Bauteils wichtig (welche Form hat es, wie sind seine Abmessungen, gibt es spezielle Ausprägungen im Vergleich zu ähnlichen Teilen?). Umgebungseinflüsse und die Art des Werkstoffs spielen eine wichtige Rolle.
Mithilfe umfangreicher theoretischer Kenntnisse für die Berechnung und zahlreicher Werkstoffkennwerte lässt sich dieser erfolgreich beschreiten. Anhand vieler Beispiele wird die Vorgehensweise in diesem Kapitel ausführlich verdeutlicht.
Paul Naefe, Michael Kott

3. Standardisierung, warum und wie?

Zusammenfassung
Für das Zusammenleben in einer größeren Gemeinschaft ist es erforderlich, sich an allgemein akzeptierte Regeln zu halten. Das gilt insbesondere für technische Vorgänge, bei denen es darauf ankommt, mit vertretbarem Aufwand Produkte zu erzeugen und/oder deren Anwendung zu regeln. Damit das gelingt, wurden Standards (Normen und Richtlinien) geschaffen, die von entsprechenden Verbänden oder Organisationen (DIN, VDI, VDMA) entwickelt und überwacht werden. Für den Konstrukteur sind natürlich in erster Linie die nationalen DIN-Normen des Deutschen Instituts für Normung von Bedeutung aber auch die internationalen (ISO und EU).
In diesem Kapitel werden die Grundnormen behandelt, außerdem die Toleranzen der Maße und der geometrischen Eigenschaften von Bauteilen und das ISO-Passungssystem.
Paul Naefe, Michael Kott

4. Wie entwickelt man ein technisches Produkt?

Zusammenfassung
Die Studierenden an einer Fachschule oder Fachhochschule müssen in der Regel am Ende der Ausbildung eine selbstständige Projektarbeit anfertigen. In diesem Kapitel wird deshalb anhand der Entwicklung eines 3D-Druckers die zielgerichtete Vorgehensweise dargestellt. Dabei steht zunächst der Lebenszyklus eines technischen Erzeugnisses im Vordergrund. Die Erläuterung des Arbeitsablaufs orientiert sich an den Schritten und Phasen der VDI-Richtlinie 2221. Er wird durch begleitende Prozesse unterstützt, die sich aus der Konstruktionsmethodik und dem Projektmanagement ableiten lassen. Die Behandlung der theoretischen Grundlagen bleibt dabei auf das Notwendigste beschränkt und bezieht sich immer auf das Praxisbeispiel. Zuletzt wird auch auf die Bedeutung des kostenbewussten Konstruierens eingegangen.
Paul Naefe, Michael Kott

5. Maschinenelemente, wie werden sie berechnet?

Zusammenfassung
Zum besseren Verständnis der theoretischen Grundlagen und für eine bessere Anschaulichkeit werden in diesem Kapitel die wichtigsten Maschinenelemente und deren Festigkeitsberechnung behandelt. Hinzu kommen Beschreibungen ihrer grundsätzlichen Funktionen und der Bedeutung in technischen Zusammenhängen. Zu Beginn werden einfache Bauteile (Federn, Lager, Passfedern) behandelt. Es folgen die besonders wichtigen Schrauben, auf die in ihren Ausprägungen als Befestigungs- und Bewegungsschrauben ausführlich eingegangen wird. Schließlich wird am Beispiel einer Nietpresse der Gesamtzusammenhang zwischen Belastung und Beanspruchung von Bauteilen anhand der Festigkeitsberechnung erläutert. Abschließend erfolgt im Detail die Beschreibung des Umgangs mit dem ISO-Passungssystem.
Paul Naefe, Michael Kott

6. Formelsammlung

Zusammenfassung
Alle für die Berechnung von Bauteilen verwendeten Formeln werden in diesem Kapitel in ihrem mathematischen Zusammenhang, den Bezeichnungen der Berechnungsgrößen und den zu verwendenden Einheiten im Einzelnen beschrieben. Die Darstellung erfolgt in derselben Reihenfolge wie die Beispiele in den entsprechenden Kapiteln des Buches.
Paul Naefe, Michael Kott

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