Technisches Zeichnen

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Technisches Zeichnen ist eine Möglichkeit, Formen und Gedanken bildhaft darzustellen. Das Produkt − die Technische Zeichnung − dient als Informationsträger, als Verständigungsmittel zwischen den einzelnen Abteilungen innerhalb eines Unternehmens und nach außen für die Fremdfertigung in anderen Fabrikationsstätten, wie Bild 1-1 veranschaulicht. In Verbindung mit dem Schriftfeld und der Stückliste gibt die Technische Zeichnung alle zur Fertigung notwendigen Angaben wieder. Das betrifft Formen, Werkstoffe, Maße, Fertigungsverfahren, Vorgehensweise bei der Bearbeitung sowie die zulässigen Abweichungen des Werkstücks. Diese verschiedenen Themen werden hier behandelt.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

2. Erstellung einer Technischen Zeichnung

Zusammenfassung

Das Produkt „Technische Zeichnung“ ist die bildliche Darstellung eines (vorhandenen oder geplanten) Gegenstandes in der für technische Zwecke erforderlichen Art und Vollständigkeit. Durch diese Anforderung ist die Technische Zeichnung so stark genormt, dass die zu ihrer Erstellung notwendigen Hilfsmittel und Materialien ebenfalls standardisiert sind. Dieses Kapitel informiert deshalb über die vorhandenen Arbeitsmittel und die verschiedenen im Fertigungsablauf eines Werkstücks vorkommenden Zeichnungsarten. Des Weiteren gibt es einen Überblick über verschiedene Arbeitstechniken. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass das Erstellen einer Technischen Zeichnung von Hand mit Bleistift, Tuschestift und Schablone nicht mehr aktuell ist. Diese Arbeiten werden heute fast ausschließlich mithilfe von CAD-Systemen erledigt, siehe Kapitel 3. Trotz Nutzung dieser Hilfsmittel bleibt die Technische Zeichnung an viele Normen gebunden. Im Folgenden werden deshalb zunächst einige Grundlagen dargestellt.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

3. CAD: Technisches Zeichnen in der Praxis

Zusammenfassung

Heutzutage erfolgt sowohl die Konstruktion als auch die Fertigung fast ausschließlich rechnerunterstützt. Der Platz des Technischen Produktdesigners/der Technischen Produktdesignerin hat sich entsprechend konsequent zu einem Rechnerarbeitsplatz gewandelt. Je intensiver der Rechnereinsatz beim Konstruieren und Fertigen ist, desto mehr scheint die Technische Zeichnung an Bedeutung zu verlieren, da die Verständigung zwischen Konstruktions- und Fertigungsabteilung primär durch den Austausch digitaler Daten erfolgen kann. Die Technische Zeichnung ist aber nach wie vor aus dem Konstruktions- und Entwicklungsprozess nicht wegzudenken, weil hauptsächlich mit ihrer Hilfe der Status einer Konstruktion dokumentiert wird. Auf diese wichtige Funktion wird im Kapitel 3.4.2 explizit eingegangen.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

4. Darstellung von Werkstücken

Zusammenfassung

In diesem Kapitel kommen ausführlich die notwendigen Regeln und Konventionen bei der Darstellung zur Sprache, um ein Bauteil normgerecht darzustellen und damit für jeden eindeutig und verständlich wiederzugeben.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

5. Bemaßung

Zusammenfassung

Zusätzlich zur reinen Darstellung der Geometrie müssen Eintragungen in Technischen Zeichnungen vorgenommen werden, die über die reine Wiedergabe der Geometrie hinausgehen. Solche Angaben werden als Beschriftung der geometrischen Darstellung angefügt und spezifizieren sie weiter. Eine Beschriftung, die die Abmessungen der betreffenden Geometrie angibt, wird Bemaßung genannt. Die Regeln zur Eintragung von Bemaßungen in Technischen Zeichnungen werden ausführlich in diesem Kapitel behandelt. In den nachfolgenden Kapiteln wird dann auf weitere Vorgaben eingegangen, die die zulässigen Abweichungen von den vorgeschriebenen Abmessung und Form regeln und die zu realisierende Oberflächenbeschaffenheit angeben. Allen diesen Vorgaben ist gemeinsam, dass sie auf der einen Seite die idealisierte Geometrie (Maße, Form) vorgeben und auf der anderen Seite die zulässigen Abweichungen (Fertigungspräzision) von dieser idealisierten Geometrie definieren. Diese Vorgaben spezifizieren also die Geometrie eines Bauteils und werden deshalb in ihrer Gesamtheit als Geometrische Produktspezifikation bezeichnet, kurz GPS.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

6. Angaben zur Oberflächenbeschaffenheit

Zusammenfassung

Es wurde bereits festgestellt, dass die Technische Zeichnung ein gegenüber der Realität abstrahiertes Abbild des zu realisierenden Bauteiles bzw. der Baugruppe ist. Zu den Abstraktionen zählt auch, dass für jedes Bauteil stets von der Ideal-Geometrie und der Ideal-Oberfläche ausgegangen wird. Ideale Formen, Abmessungen und Oberflächengüten lassen sich aber in der Realität nicht herstellen, es ist vielmehr mit Gestaltabweichungen vielfältigster Art zu rechnen. Diese müssen bereits während der Konstruktion bedacht werden, und die Angaben hierüber müssen in der Technischen Zeichnung auch eindeutig vermerkt sein. Welche Gestaltabweichungen ein Werkstück aufweisen darf, muss unter Berücksichtigung der Funktionserfüllung (Verschleißverhalten, Reibungs- und Gleiteigenschaften, Schmierfähigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Korrosionsanfälligkeit), wirtschaftlichen Fertigung und gegebenenfalls ästhetischen (optischen) Gesichtspunkten entschieden werden.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

7. Toleranzen und Passungen

Zusammenfassung

Im vorangegangenen Kapitel wurde auf die Gestaltabweichungen eingegangen, welche die Feingestalt eines Bauteiles betreffenden. Das vorliegende Kapitel beschäftigt sich jetzt mit den Gestaltabweichungen, welche die Grobgestalt betreffen. Im Einzelnen sind dies Maß-, Formund Lageabweichungen, die das reale Bauteil gegenüber der idealen Geometrie aufweist. Grundsätzlich gilt auch hier, dass bereits in der Konstruktion geklärt werden muss, bis zu welchem Umfang derartige Abweichungen akzeptiert werden können. Die Antwort auf diese Frage hängt natürlich von der Funktion und von den Einsatzbedingungen eines Bauteiles oder einer Baugruppe ab. Der Umfang der im Einzelfall akzeptablen Maß-, Form- und Lageabweichungen wird in der Technischen Zeichnung durch die so genannten Toleranzangaben vermerkt. Man unterscheidet entsprechend zwischen Maß-, Form- und Lagetoleranzen.

Wie bereits zu Beginn des letzten Kapitels angemerkt, steht der Konstrukteur bei der Festlegung von Toleranzen stets in dem Zwiespalt zwischen der korrekten Funktionserfüllung, die durch kleine Toleranzen erleichtert wird, und der Forderung nach einer möglichst kostengünstigen Herstellung, die kleinen Toleranzen entgegensteht.

Es muss an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die gegenseitige Abgrenzung der auf die Grobgestalt eines Bauteiles bezogenen Begriffe Maßtoleranz, Formtoleranz und Lagetoleranz außerordentlich schwierig ist. Diese Frage hat in den letzten Jahren bei der Aufstellung internationaler Normen zu erheblichen Diskussionen geführt, weil in unterschiedlichen Ländern hierzu stark voneinander abweichende Auffassungen existierten.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

8. Schraubenverbindungen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird sowohl auf das Funktionselement Gewinde mit seinen Besonderheiten der Darstellung, wie auf die Maschinenelemente Schraube und Mutter, deren Darstellung, Funktion und Vielfalt eingegangen. Um die Thematik Schraubenverbindung abzurunden ist in diesem Kapitel ebenfalls das zugehörige Zubehör wie Unterlegscheiben und Schraubensicherungen erwähnt. Nicht behandelt wird allerdings die Thematik des Entwerfens und der Auslegung. Sehr gute weiterführende Angaben zur Gestaltung und Berechnung von Schraubenverbindungen sind in [RoMa15] zu finden.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

9. Elemente an Achsen und Wellen

Zusammenfassung

Im Folgenden wird auf die Darstellung von Formelementen eingegangen, die die Gestaltung von Achsen und Wellen maßgeblich beeinflussen, wobei an dieser Stelle nicht die strenge Trennung zwischen Achsen und Wellen im Vordergrund stehen soll, denn viele der angesprochenen Formelemente können sowohl auf Achsen als auch auf Wellen realisiert werden.

In diesem Kapitel sollen ausnahmslos Elemente erwähnt sein, die zu einer Formgestaltung der Welle (bzw. Achse) führen. Dazu zählen die genormten Wellenenden, Freistiche sowie Zentrierbohrungen. Auf die Gruppe der Welle-Nabe-Verbindungen wird nur insoweit eingegangen, wie es zu ihrer Darstellung notwendig ist. Dabei wird nicht auf das eigentliche Welle-Nabe- Element vorrangig eingegangen, sondern aus der Gestaltungssicht einer Welle bzw. Achse.

Da es vorrangig um die zeichnerische Erfassung und normgerechte Darstellung der genannten Bauelemente geht, ist eine weitergehende Betrachtung von Welle-Nabe-Verbindungen der zitierten Literatur [RoMa15] zu entnehmen. Darin wird ausführlich auf die Funktion und die Auslegung/Berechnung mit den genormten Abmessungen eingegangen.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

10. Sicherungselemente

Zusammenfassung

Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen wie Passfeder-, Vielnut- oder die im vorhergehenden Kapitel ebenfalls behandelten Zahnwellen oder Polygonprofile übertragen im Normalfall keine Axialkräfte, Welle und Nabe sind also in axialer Richtung relativ zueinander verschieblich. Dort, wo eine solche Verschieblichkeit nicht gewünscht ist, müssen Maßnahmen zur axialen Sicherung ergriffen werden. Da das Abstützen der Nabe an einem Wellenbund höchstens auf einer Seite möglich ist, sind in jedem Falle zusätzlich noch besondere Maschinenelemente zur axialen Sicherung erforderlich. Die am häufigsten gebräuchlichen Sicherungselemente – Sicherungsringe und Nutmuttern – werden im Folgenden behandelt.

Ganz grundsätzlich werden unter dem Begriff Sicherungselement alle Maschinenelemente verstanden, die ganz allgemein die Position eines anderen Maschinenelementes sichern. Hierzu können dann z. B. Gewindestifte (Madenschrauben), Kontermuttern oder Splinte zählen. Diese Maschinenelemente sind in den vorangegangenen Kapiteln angesprochen worden, so dass es an dieser Stelle nicht mehr notwendig ist, nochmals auf diese einzugehen.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

11. Wälzlager

Zusammenfassung

Lager haben die Aufgabe, zwischen rotatorisch relativ zueinander bewegten Bauteilen radiale und/oder axiale Kräfte zu übertragen. In den meisten Fällen geht es darum, auf drehende Achsen oder Wellen einwirkende Radial-/Axialkräfte gegen das Gehäuse abzustützen. Wegen der Relativbewegung zwischen Lager und gelagertem Teil sind dabei Reibungskräfte zu überwinden, die es durch eine geeignete Lagerkonstruktion zu minimieren gilt.

Grundsätzlich ist bei Lagern zwischen Gleit- und Wälzlagern zu unterscheiden (Bild 11-1):

• Bei Gleitlagern findet eine unmittelbare Gleitbewegung zwischen Lager und gelagertem Teil statt. Um die Reibung zu vermindern, werden Gleitlager mit Fett oder Öl geschmiert. Auch die Verwendung besonderer Gleitmaterialien (z. B. PTFE = „Teflon“) ist möglich. In schnell laufenden Gleitlagern wird die Rotation der Achse/Welle dazu genutzt, über Scherwirkungen im Ölfilm Druck aufzubauen, so dass die Achse/Welle während des Betriebs mit der Lagerschale gar nicht im Festkörperkontakt steht, sondern „aufschwimmt“.

• Bei Wälzlagern findet über so genannte Wälzkörper, die sich zwischen Achse/Welle und dem kraftaufnehmenden Bauteil (z. B. Gehäuse) befinden, eine Abwälzbewegung statt. Ziel ist es hier, statt gleitender Reibung rollende Reibung zu bekommen, deren Betrag wesentlich geringer ist.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

12. Dichtungen

Zusammenfassung

Eine Dichtheit wird in den folgenden Fällen gefordert:

• Um Stoffverluste zu vermeiden, z. B. von Gasen in der Pneumatik oder Flüssigkeiten in der Hydraulik.

• Um eine Vermengung (Verunreinigung) verschiedener Betriebsstoffe zu vermeiden, z. B. von Getriebeöl der Schaltgetriebe mit der Hydraulikflüssigkeit der hydrodynamischen Kupplung.

• Um einen erhöhten Verschleiß zu vermeiden, z. B. als Folge mangelhaften Abschlusses gegen Schmutz, Staub und Feuchtigkeit.

Dichtungen können danach unterteilt werden, ob sie in zueinander ruhenden oder zueinander bewegten Teilen eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit der Einteilung trennt Dichtungen in berührungsfreie und berührende Dichtungen. Im Allgemeinen kombiniert man diese beiden Unterteilungsmöglichkeiten, wobei der Fall der berührungsfreien Dichtung an ruhenden Bauteilen nicht realisiert ist. Im Folgenden wird also im Einzelnen auf Bauformen und ihre Darstellung in Technischen Zeichnungen der so genannten statischen Dichtungen als berührende Dichtungen an ruhenden Bauteilen und dynamischen Dichtungen als berührende Dichtungen an relativ zueinander bewegten Bauteilen eingegangen. Darüber hinaus werden auch einige Beispiele der berührungsfreien Dichtungen gegeben.

Die Nennung der Dichtungen kann im Rahmen der Thematik Technisches Zeichnen nicht vollständig sein. Einen Überblick über die verschiedenen Bauarten der Dichtungen, ihre Funktion und Benennung kann der Fachliteratur z. B. [RoMa13] oder den Katalogen der Hersteller entnommen werden. Im Folgenden werden einige, häufig genutzte Dichtungen in ihrer Funktion und Darstellung vorgestellt.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

13. Zahnräder

Zusammenfassung

Die meisten Getriebe-Anwendungen beschränken sich auf Zahnradgetriebe; deshalb wird in diesem Kapitel ausschließlich auf die Darstellung von Zahnrädern eingegangen. Die Darstellung der übrigen Getriebearten erfolgt entsprechend den bereits zu Beginn erläuterten Regeln.

Der Einsatz von Zahnrädern ist sehr vielseitig. Er beginnt (wenn man die Mikrosystemtechnik auslässt) bei einem Uhrwerk, siehe Bild 13-1, und endet noch lange nicht bei einem Getriebe in einer Windkraftanlage. Die Unterteilung der Zahnradgetriebe erfolgt nach einer Kombination aus der Grobgestalt der Zahnräder (z. B. Zylinder, Kegel) und der Position der Wellen (parallel, sich schneidend, sich kreuzend), so wie in Bild 13-2 verdeutlicht. Entsprechend dieser Systematik wird auf die Darstellung der Zahnräder eingegangen. Darüber hinaus ist bei einem Zahnrad die Form der Zähne wichtig für die Kraftübertragung, worauf hier nicht näher eingegangen sei.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

14. Beispiel Spiralkegelgetriebe

Zusammenfassung

Dieses praxisorientierte Kapitel führt an das Lesen und Verstehen von komplexeren Technischen Zeichnungen heran. Entsprechend ist dieses Kapitel mehr als Übung konzipiert und nicht wie die vorhergehenden Kapitel als Erläuterung mit anschließenden Übungsfragen. Somit steht die Herangehensweise für das Erschließen solcher komplexen Zeichnungen im Vordergrund und nicht die Funktion oder Erstellung. Dennoch muss aus didaktischen Gründen am Anfang die Betrachtung der Funktion stehen.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

15. Repetitorium

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird stichwortartig alles für das Technische Zeichnen Relevante genannt und damit das Grundwissen dieses Buches in kompakter Form wiederholt. Überschriften gliedern die Sammlung der Stichpunkte, so dass man zu dem jeweiligen Gesichtspunkt zunächst auch mal selbst überlegen und anschließend erst in die Lösung schauen kann.

Es soll das Bauteil 3 aus dem Spiralkegelgetriebe aus Kapitel 14 näher betrachtet werden. Hierzu ist in Bild 15-1 mithilfe einer CAD-Darstellung die Form dieses Bauteils wiedergegeben. Überlegen Sie, bevor Sie weiterblättern, wie Sie dieses Bauteil darstellen würden und was die wesentlichen Angaben in der Technischen Zeichnung wären. Vielleicht machen Sie sich ja eine Skizze. Berücksichtigen Sie dabei die folgenden Fragen:

– Welche Ansichten sind darzustellen?

– Anzahl, Art und Position

– Welche Bemaßung muss angegeben werden und wo positioniert man sie am besten?

– Welche Oberflächenbeschaffenheit ist sinnvoll und wo kann sie platziert werden?

– Welche Toleranzen müssen eingehalten werden, damit die Funktion sichergestellt ist, die Bearbeitung allerdings nicht zu kostspielig wird?

– Welche ergänzenden Angaben sind notwendig bzw. wünschenswert?

Susanna Labisch, Georg Wählisch

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