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Maschinenelemente

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57. Spanlose Fertigung

Unter Urformen versteht man das Fertigen eines festen Körpers aus formlosem Stoff. Formlose Stoffe sind Gase, Flüssigkeiten, Pulver, Granulate und Späne.– Einzelne UrformverfahrenGießen: 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.

Wolfgang Böge, Prof. Dr.-Ing. Marcus Kampf

46. Antriebe und Bremsen in der Fördertechnik

Die in der Fördertechnik gebräuchlichen Antriebe und die zugehörigen Steuerungen, Bremsen und Rücklaufsperren werden beschrieben.Behandelt werden elektrische, pneumatische und hydrostatische und hybride Antriebe. Auch auf Verbrennungsmotoren und Dampfmaschinen wird kurz eingegangen. Die bevorzugten Einsatzgebiete für jede Antriebsart werden aufgezeigt.Ablaufsteuerungen, Mikroprozessorsteuerungen und AS-, HMI- und Sicherheitssysteme werden erklärt, und deren Einsatzgebiete werden aufgezeigt.Die in der Fördertechnik wichtigen Bremsen werden beschrieben, als da sind: Trommelbremsen, Scheibenbremsen, Bandbremsen. Die normgerechte Auslegung dieser Bremsen wird an Hand von Beispielen erläutert. Rücklaufsperren in Klemmkörper- und Rollenausführung werden beschrieben, und deren Einsatzgebiete werden erläutert.

Dr.-Ing. Johannes Sebulke

45. Grundlagen der Fördertechnik und der Intralogistik

Die Gebiete ″Fördertechnik″ und ″Intralogistik″ werden definiert und abgegrenzt. Bezüglich der Fördertechnik werden die Anwendungsgebiete und die wichtigen Begriffe und Methoden erklärt (z.B. Komponenten-Anlagen -Systeme). Die Methoden der Baukastensystematik, der Standardisierung und der Baureihenbildung werden erläutert.Ausführlich behandelt werden die Bauelemente der Fördertechnik und deren Dimensionierung (z.B. Drahtseile und Seiltriebe, Ketten und Kettentrommeln), und Lastaufnahmeeinrichtungen (z.B. Lasthaken, Schüttgutgreifer und deren Berechnung, und Container aller Art).Zur Intralogistik wird für Maschinenbauer eine Einführung gegeben. Die über die Fördertechnik hinausgehenden Ziele (z.B. Material und Informationen und Energie″ in time″ bereitzustellen), und die Mittel dazu, (z.B. Organisation, Digitalisierung, Vernetzung) werden beschrieben. Wichtige logistische Fachausdrücke (z.B. Supply Chain, Simulation, cyberphysische Systeme, Digitaler Schatten) werden verständlich erklärt.

Dr.-Ing. Johannes Sebulke

41. Nabenverbindungen

Die Hauptaufgabe einer Welle ist das Weiterleiten von Drehmomenten. Das geschieht über aufgesetzte Maschinenelemente wie Zahnräder, Riemenscheiben, Kupplungsscheiben, Hebel aller Art und andere Bauteile. Das Verbindungssystem zwischen derWelle und dem angeschlossenen Maschinenelement zur Weiterleitung des Drehmoments heißt Nabenverbindung. Die Nabe ist der Teil des Zahnrads, der Scheibe oder des Hebels, der die Drehmomentenübernahmevon der Welle zu gewährleisten hat. Technische Bauteile können Kräfte und Drehmomente durch den Reibungseffekt zwischen festen Körpern, durch dasIneinandergreifen der beteiligten Bauteile oder durch einen verbindenden Stoff erhalten (Klebstoffe aller Art). Werden die Klebverbindungen außer Acht gelassen, kann man die Vielzahl der inzwischen gängigen Elemente zum Verbinden von Welle und Nabe in zwei Gruppen einteilen.

Gert Böge, Wolfgang Böge

Bio-basierte und nachwachsende Rohstoffe eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten für gewichtsoptimierte duroplastische Werkstoffe im KFZ- und NFZ-Bereich

Faserverbundwerkstoffe sind seit Jahrzehnten in der Nutzfahrzeugindustrie etabliert. Sie werden meist in semi-strukturellen Großbauteilen wie zum Beispiel Kunststoffdächern bei Traktoren bzw. Frontklappen, Windabweisern und Seitenverkleidungen bei Lastkraftwagen eingesetzt. Bei großen Stückzahlen werden diese Bauteile meist aus dem duroplastischen Werkstoff Sheet Molding Compound (SMC) gefertigt. SMC besitzt im Bereich der glasfaserverstärkten Faser-Kunststoff-Verbunde einen hohen Stellenwert, da ca. 20 % aller in Europa verarbeiteten Glasfasern in diesem Verfahren verarbeitet werden. Die Verarbeitung erfolgt im parallelgeregelten Fließpressprozess. Ein Standard-SMC besteht in der Regel aus einem ungesättigten Polyesterharz, Glasfasern als Verstärkungsfasern, mineralischen Füllstoffen sowie anwendungsspezifischen Additiven. Bedingt durch den hohen mineralischen Füllstoffgehalt von 40 Gew.-% und einen Verstärkungsfasergehalt von bis zu 30 Gew.-% zeigen typische SMC-Halbzeuge eine spezifische Steifigkeit von ca. 6 GPa/(g/cm3). Aufgrund des zunehmend größer werdenden Zwangs zur Reduktion der CO2-Emissionen, wird auch im Bereich der Nutzfahrzeugindustrie nach alternativen und prozesssicher umsetzbaren Leichtbauwerkstoffen gesucht. Im vorliegenden Beitrag wird die Entwicklung eines neuartigen teilweise bio-basierten SMCHalbzeuges beschrieben, welches eine gleiche Verarbeitbarkeit, gleiche Anwendungsmöglichkeiten und Kosten wie ein konventionelles SMC-Halbzeug besitzt, jedoch eine um 25 % gesteigerte spezifische Steifigkeit aufweist. Durch diese Entwicklung ist es möglich das Gewicht ausgewählter Bauteile deutlich zu reduzieren bzw. neue Anwendungsmöglichkeiten zu erschließen.

Florian Gortner, Peter Mitschang, Peter Ooms, Christian Friedrich

Universitäre Ausbildung von Konstrukteurinnen und Konstrukteuren im Kontext des industriellen Wandels

Die Digitalisierung und die Vernetzung der Produkte werden in Zukunft weiter zunehmen und die Berufsbilder daher einem Wandel unterliegen. Welche Herausforderungen die Studierenden später in ihrem jeweiligen Berufsalltag zu lösen haben, ist heute allerdings nicht vorhersagbar. Die Fähigkeit der Studierenden, gelerntes Wissen auf unbekannte Probleme erfolgreich übertragen zu können, ist für die Berufsfähigkeit daher essenziell. Die universitäre Ausbildung muss folglich neben Fachkompetenz auch Methodenkompetenz sowie Anwendungskompetenz für das Verstehen unbekannter Probleme vermitteln.Der Aufbau dieser Kompetenzen muss demnach heute noch stärker als je zuvor Ziel der universitären Ausbildung zum/zur Konstrukteur/-in sein. Der vorliegende Beitrag beschreibt zuerst bestehende und neue Anforderungen an die universitäre Ausbildung von Ingenieuren/-innen. Anschließend werden anhand von unterschiedlichen Beispielen innovative Lehransätze beschrieben, auf welche Art diese Anforderungen in konkreten Lehrveranstaltungen umgesetzt werden können. Abschließend wird betrachtet, wie die universitäre Lehre diesen Herausforderungen des industriellen Wandels in Zukunft begegnen muss.

Sven Matthiesen, Kevin Hölz, Sandra Drechsler, Tim Bruchmüller

Kapitel 4. Produktion

In diesem Abschnitt der Prozessbibliothek werden jene Prozesse beschrieben, die mit Hilfe der Produktionsleittechnik implementiert werden, um direkt die Produktion zu führen und zu überwachen. Es geht also um Prozesse am Band, wobei sowohl Werker als auch automatische Anlagen mit der Produktionsleittechnik interagieren. Die Prozesse decken die Bereiche Werkerführung, Prozessabsicherung, elektronische Qualitätsprozesse, die Versorgung automatischer Produktionsanlagen sowie diverse Hilfsprozesse ab und repräsentieren die Kernfunktionalität eines jeden Produktionsleitsystems.

Markus Kropik

Kapitel 3. Kinetik des starren Körpers

Das Modell des ideal starren KörpersKörper, starrer (Grenzübergang des starren Massenpunktsystems, $$n\rightarrow \infty $$ n → ∞ ) lässt keinerlei Verformungen zu. Sehr wohl wird nun aber die räumliche Ausdehnung berücksichtigt. Ein freier starrer Körper besitzt im Raum sechs FreiheitsgradeFreiheitsgrad: Drei Freiheitsgrade der Translation und ebenso drei der Rotation.

Martin Prechtl

Kapitel 6. Berechnungen von Maschinenelementen

Der Begriff Maschinenelement ist eine Fachbezeichnung des Maschinenbaus. Als Maschinenelemente werden nicht weiter zerlegbare Bestandteile einer Maschinenkonstruktion bezeichnet. Sie sind auf grundsätzlich naturwissenschaftlichen Prinzipien beruhende technische Lösungen.

Harald Nahrstedt

Kapitel 5. Oberflächenanalyse

Die tribologische Funktion der Systeme ist maßgebend durch die Oberflächen geprägt. Hierfür ist es notwendig die Begriffe Kenngröße, Kennwerte und Gestaltabweichung zu definieren. Darauf basierend kann man die funktionsentscheidenden Kenngrößen der 2- und 3-dimensionalen Oberflächenbeschaffenheit beschreiben. Das Kapitel schließt mit Betrachtung der Übertrag-/Vergleichbarkeit der Kenngrößen und Kennwerte.

Frank Bauer

Kapitel 6. Schadensanalyse

Die Schadensanalyse ist die „Königsdisziplin der Ingenieurswissenschaften“ [141].

Frank Bauer

Kapitel 7. Tribometrie

Die Tribometrie befasst sich mit der Mess- und Prüftechnik der Tribologie. Daher müssen zwingend die bisher aufgeführten Zusammenhänge der Wechselwirkungen und der Systemgedanke der Tribologie berücksichtigt werden. Wenn man diese Zusammenhänge vernachlässigt, kann man nicht die „passende“ Prüftechnik auswählen und die Messergebnisse sind nicht zielführend.

Frank Bauer

Kapitel 8. Schäden am System Radial-Wellendichtung

In diesem Kapitel werden die Schäden am System Radial-Wellendichtung vorgestellt. Vor Versuch ist es wichtig den Vorschaden an den Elementen Dichtkante und Gegenlauffläche klar zu analysieren und zu erkennen. Nach Versuch müssen die tribologischen Primärschäden an Dichtkante und Gegenlauffläche analysiert und bewertet und mit der vorgestellten Dokumentationsmethode zusammengefasst werden. Das Kapitel schließt mit der Gesamtbetrachtung des Systems.

Frank Bauer

Kapitel 7. Schadensanalyse

Die Schadensanalyse ist die „Königsdisziplin der Ingenieurswissenschaften“ [147].

Frank Bauer

Kapitel 5. Gegenlauffläche der Welle

Die tribologische Funktion des Systems ist durch die Welle mit der Gegenlauffläche geprägt.

Frank Bauer

Kapitel 3. Dichtungstechnik als Spezialgebiet der Tribologie

Die Dichtungstechnik ist ein Spezialgebiet der Tribologie.

Frank Bauer

Kapitel 5. Auslegung von Vorschubantrieben

Dieses Kapitel befasst sich mit der Auslegung von Vorschubantrieben in Werkzeugmaschinen. Eine Einführung in die verschiedenen Antriebssysteme und die Darstellung des grundsätzlichen Vorgehens führen in das Kapitel ein. Im Anschluss werden die Auslegung der mechanischen Komponenten und des Antriebes im Detail erläutert. Nach einer kurzen Darstellung, nach welchen Kriterien die Auswahl der Messsysteme zu erfolgen hat, wird die Inbetriebnahme der Regelung eines Vorschubantriebes erklärt. Dabei wird zunächst die herkömmliche, manuelle Inbetriebnahme im Detail beschrieben, bevor kurz auf die alternative automatische Inbetriebnahme eingegangen wird, die immer häufiger Anwendung findet.

Christian Brecher, Manfred Weck

Kapitel 7. FG-Aktoren

WillAktorbauform man leichte und kompakte Aktoren generieren, sollte man auf eine möglichst hohe Materialausnutzung im Aktorelement achten. Bauteilformen mit einer Zug- oder Druckbelastung bieten dabei den besten Materialausnutzungsgrad und sind damit am wirtschaftlichsten.

Sven Langbein, Alexander Czechowicz

Kapitel 15. Zur Auswahl und Qualität von Kreiselpumpen

Eine sorgfältig erstellte Pumpenspezifikation, die alle relevanten Bedingungen in der Anlage analysiert, ist Voraussetzung für die korrekte Bestimmung von Pumpentyp und Baugröße. Eine Liste technischer Qualitätskriterien erlaubt es, eine Pumpenauswahl oder ein Angebot bezüglich strömungstechnischer Kriterien zu evaluieren. Die hydraulischen Komponenten müssen, je nach Erfordernissen des Einsatzgebietes, innerhalb empfohlener geometrischer Toleranzen liegen, die in Tafel 15.2 angegeben werden. Es wurde verschiedentlich versucht, den Begriff «Hochleistungspumpen» zur Definition von Qulaitätserfordernisses zu verwenden. Möglichkeiten hierzu werden in Kap. 15.4 diskutiert.

Johann Friedrich Gülich

9. Realisierung verfügbarkeitsorientierter Geschäftsmodelle in der Investitionsgüterindustrie

Aufgrund steigender Nachfrage nach neuen Geschäftsmodellen muss sich das Angebot vieler Investitionsgüteranbieter wandeln. Kunden fragen beispielsweise Verfügbarkeitsgarantieren für ihre Investitionsgüter an. Anbieter hingegen scheuen sich heutzutage noch diese anzubieten. Gründe dafür sind auf der einen Seite fehlende Betriebsdaten, mangelnde Transparenz über den Zustand der Maschine während der Nutzungsphase sowie fehlende Kenntnisse über das Kundenverhalten während des Betriebes. Weiterhin fehlen geeignete Ansätze zur Entwicklung verfügbarkeitsorientierter Geschäftsmodelle. Das Projekt InnoServPro hat das Ziel, verfügbarkeitsorientierte Geschäftsmodelle (vGM) zu realisieren und ist in drei miteinander zusammenhängende Teilziele unterteilt. Dieser Beitrag beschreibt die wesentlichen Ergebnisse in den drei Teilzielen. Dazu erfolgt im ersten Teilziel die Beschreibung eines Konzeptes zur Entwicklung von verfügbarkeitsorientierten Geschäftsmodellen. Daraus ableitbar sind Anforderungen an die technische Entwicklung. Die technische Entwicklung fokussiert im zweiten Teilziel die Entwicklung intelligenter, kommunikationsfähiger Komponenten. Das Teilziel 3 beinhaltet die Entwicklung einer Kommunikationsplattform zum Management sämtlicher servicerelevanter Daten. Die erarbeiteten Ergebnisse werden anhand eines repräsentativen Anwendungsfalls aus dem Projektkontext beschrieben. Der Beitrag gibt Unternehmen mit ähnlichen Problemstellungen einen Überblick über die zu berücksichtigenden Handlungsfelder bei der Realisierung von vGM.

Thomas Eickhoff, Paaranan Sivasothy, Patrick Kölsch, Jan C. Aurich, Jörg Seewig, Jens C. Göbel

Kapitel 4. Der Produktentwicklungsprozess

Produktentwicklung erfordert Kooperation. Für die Entwicklung komplexer technischer Produkte sind Fachkenntnisse aus unterschiedlichen Disziplinen erforderlich, die die Zerlegung des Problems in Teilprobleme, parallele Bearbeitung und Reintegration in eine Gesamtlösung erfordern.

Kilian Gericke, Beate Bender, Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote

Kapitel 16. Gestaltungsrichtlinien

Die Grundregeln „eindeutig“, „einfach“ und „sicher“ (Kap. 14) sowie die im Kap. 15 beschriebenen Gestaltungsprinzipien sind aus den generellen Zielsetzungen an jedes zu entwickelnde Produkt abgeleitet und daher immer zu berücksichtigen. Darüber hinaus existiert eine Vielzahl spezifischer Gestaltungsrichtlinien, die jeweils auf für einen konkreten Entwicklungskontext geltender Zielsetzungen ausgerichtet sind. Dies können etwa die besondere Bedeutung von Leichtbauprinzipien im Flugzeugentwurf, die Korrosionsbeständigkeit in Anwendungen der Medizintechnik oder auch Prinzipien der modularen Produktgestaltung für ein Zulieferunternehmen in der Automobilbranche sein.

Beate Bender, Kilian Gericke, Jörg Heusel, Thomas Bronnhuber, Olaf Helms, Jens Krzywinski, Fritz Klocke, Klaus Dilger, Rainer Müller, Tobias Ehlers, Roland Lachmayer

Kapitel 10. Entwickeln von Wirkstrukturen

Die Entwicklung der prinzipiellen Lösung ist eine anspruchsvolle Tätigkeit im Produktentwicklungsprozess und stellt einen sehr bedeutenden Arbeitsabschnitt dar. Ausgehend vom Funktionsverständnis werden für einzelne Teilfunktionen alternative Teillösungen in Form von Wirkprinzipien entwickelt. Die Integration einzelner Wirkprinzipien zu einer Gesamtlösung wird als Wirkstruktur bezeichnet. Die Konkretisierung der Wirkstruktur resultiert in der prinzipiellen Lösung, bzw. dem Wirkkonzept.

Kilian Gericke, Beate Bender, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote

Kapitel 8. Wichtige Begriffe der Maschinensicherheit

Ableitstrom ist der Strom, der betriebsmäßig von aktiven Teilen der Betriebsmittel über die Betriebsisolierung zu nicht aktiven geerdeten Teilen fließt. Der Ableitstrom kann auch einen kapazitiven Anteil haben, verursacht z. B. durch Entstörkondensatoren oder Frequenzumrichter.

Alfred Neudörfer

Kapitel 3. Der Mensch im Arbeitssystem

Es gibt nichts Praktischeres als eine gute Theorie! In unserem Falle ist das die Theorie des Arbeitssystems. Das Konstruieren menschengerechter d. h. sicherheitsgerechter und ergonomiegerechter Produkte und Maschinen verfolgt das Ziel, gegenseitige funktionelle Beziehungen zwischen Mensch und seiner technischen Umwelt so zu gestalten, dass weder seine Gesundheit noch Umwelt geschädigt werden. Um möglichst viele Aspekte beim Lösen dieser komplexen Aufgabe zu berücksichtigen, ist ein systemtheoretischer Ansatz vorteilhaft.

Alfred Neudörfer

Kapitel 4. Gefährdungen und Risiken an und mit Maschinen

Die heutzutage in Maschinen installierten Leistungen bedeuten für alle, die mit oder an Maschinen arbeiten, potenzielle Gefahren. Sie dürfen sich nicht schädigend auswirken, weder auf Menschen, noch auf die Umwelt. Maschinenhersteller müssen ihre Produkte mit dem Sicherheitsniveau ausstatten, welches die Gesellschaft erwartet.

Alfred Neudörfer

Kapitel 5. Sicherheitstechnik

Europäisches und nationales Recht verpflichten Hersteller technischer Produkte, nur sichere Erzeugnisse in den Verkehr zu bringen. Hersteller müssen vorab alle an ihren Erzeugnissen vorkommenden Gefährdungen ermitteln und die mit ihnen verbundenen Risiken bewerten bzw. beurteilen. Sie müssen ihre Produkte unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Gefährdungsanalyse und Risikobeurteilung entwerfen und so bauen, dass sich Gefahren möglichst nicht schädigend auf spätere Benutzer oder Dritte bzw. auf die Umwelt auswirken können.

Alfred Neudörfer

Kapitel 6. Spezielle Anwendungen der Sicherheitstechnik

Dieses Kapitel zeigt anhand von Praxisbeispielen auf, wie sich Risiken an Fang-, Einzug- und Auflaufstellen und an Absturzstellen mit den Methoden der mittelbaren und unmittelbaren Sicherheitstechnik auf akzeptierte Grenzwerte reduzieren lassen. Des Weiteren werden noch zwei für sicheres Arbeiten an und mit Maschinen wichtige Befehlseinrichtungen (Not-Halt-Einrichtungen und Hauptbefehlseinrichtungen) sowie pfiffige sicherheitstechnische Lösungen vorgestellt.

Alfred Neudörfer

Kapitel 2. Assembly System / Montagesystem / Sistemi di assemblaggio

Production area where assembly is carried out. It includes not only the space required for equipment and operators, but also the space required for the storage of components and finished products.

CIRP

21. Automatisierung in der Materialflusstechnik

In der automatisierten Materialflusstechnik übernehmen Steuerungen die Aufgabe, Bewegungen von Gütern in Anlagen zeitlich und räumlich zu koordinieren. Gerätetechnisch unterscheidet man die Steuerungen nach der Komplexität ihres Aufbaus und der Art der Programmierung. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) nach IEC 61131, in vernetzten und hierarchischen Strukturen organisiert, stellen in der Materialflusstechnik die bedeutendsten Steuerungen dar [1, 2]. Eingesetzt werden auch Mikrocontrollersteuerungen, PC-basierte Steuerungen, Numerische Steuerungen und Robotersteuerungen. Besondere Bedeutung für die Materialflusstechnik haben dabei Kommunikationsnetzwerke, welche verteilte Steuerungen mittels Feldbussystemen oder Ethernet realisieren [1, 3]. Für eine detaillierte Beschreibung der Steuerungen wird auf Bd. 2, Kap. 46 verwiesen.

Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer

14. Grundlagen

Die Aufgabe der Fördertechnik ist das Fortbewegen (Fördern) von Gütern und Personen über begrenzte Entfernung innerhalb einer örtlich begrenzten und zusammenhängenden Betriebseinheit unter Einsatz von technischen Mitteln, den Fördermitteln. Zu ihnen gehören die Fördermaschinen (s. Abschn. 14.1.2).Der Transport von Gütern und Personen über große Entfernungen ist ein Aufgabengebiet der Verkehrstechnik. Verkehrsmittel sind Lkw, Bahn, Schiff, Flugzeug. Der Transport von Flüssigkeiten und Gasen durch Rohrleitungen ist ein Aufgabengebiet der Verfahrenstechnik.Das Fachgebiet Fördertechnik befasst sich mit der Projektierung und Konstruktion der Fördermittel sowie mit der Planung und Projektierung von Materialflusssystemen [1]. Der Materialfluss entsteht durch die Verkettung aller Vorgänge beim Gewinnen, Be‐ und Verarbeiten sowie bei der Verteilung von Gütern innerhalb festgelegter Bereiche. Materialflusssysteme, behandelt in [2, 3], entstehen in der Regel aus einer sinnvollen Verkettung von Fördermaschinen. Richtlinien zur Planung der Materialflusssysteme enthalten [4, 5].

Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Schmidt, Prof. Dr.-Ing. Jan Scholten, Michael Ketting, Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Wehking

26. Elektrische Antriebstechnik

Antriebe sollen in geeigneter Form die Energie für technische Bewegungs‐ und Stellvorgänge liefern. Die anzutreibenden Arbeitsmaschinen sind hauptsächlich Werkzeugmaschinen (s. Abschn. 45.2, Kap. 48 und 49), Aufzüge, Krananlagen, Fördereinrichtungen, Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Walzanlagen, Kalander, Ventile, Schieber, Positioniereinrichtungen, Roboter (s. Abschn. 45.2 und 51.2). Dazu kommen Fahrzeugantriebe für Schienenfahrzeuge [15] und für elektrisch angetriebene Straßenfahrzeuge [16, 17].Für den Antrieb bestehen dabei folgende Aufgaben: Bereitstellung von Drehmomenten (Kräften) und Winkelgeschwindigkeiten (Geschwindigkeiten) in Anpassung an die Arbeitsmaschine bzw. den technologischen Prozess, Sicherstellung eines nach den Kriterien des Prozesses möglichst optimalen zeitlichen Bewegungsablaufs und Durchführung der elektromechanischen Energiewandlung mit möglichst geringen Verlusten. Als Antriebsmotoren kommen alle in Kap. 24 genannten rotierenden Maschinen (Asynchron‑, Synchron‐ und Gleichstrommaschinen sowie ihre Sonderbauformen) in Frage. Für manche Zwecke werden auch Linearmotoren eingesetzt.

Wilfried Hofmann, Manfred Stiebler

11. Wälzlager

Wälzlager übertragen – wie auch Gleitlager (vgl. Kap. 12) – Kräfte zwischen relativ zueinander bewegten Maschinenteilen und führen sie. Durch Zwischenschaltung von Wälzkörpern wird das Gleiten durch ein Rollen mit kleinem Gleitanteil (Wälzen) ersetzt, Abb. 11.1, mit den Vorteilen: leichter Aufbau eines elastohydrodynamischen Schmierfilms, geringer Bewegungswiderstand auch beim Anlauf aus dem Stillstand, geringer Kühlungs- und Schmierstoffbedarf; Fettschmierung meist ausreichend, radiale, axiale und kombinierte Belastbarkeit mit geringem Aufwand erzielbar, annähernd spielfreier bzw. vorgespannter Betrieb möglich, Wälzlager sind als einbaufertige Normteilbaureihen weltweit verfügbar. Nachteile sind: radialer Raumbedarf der Wälzkörper (weniger bei Nadellagern und Dünnringlagern), hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Umbauteile, Empfindlichkeit gegenüber Stößen, Stillstandserschütterungen, oszillierenden Bewegungen kleiner Amplitude und Stromdurchgang, Ein- und Ausbau oft schwieriger als bei Gleitlagern, da nur in Sonderausführung teilbar, hohe Anforderungen an die Sauberkeit, starke Streuung der Lebensdauer einzelner Lager. Überlebenswahrscheinlichkeit nur für eine hinreichend große Gruppe gleichartiger Lagerungen berechenbar, Schwingungsanregung (Geräusche) durch die bewegten Einzelkontakte, begrenzte Drehzahl u. a. durch Fliehkraft der umlaufenden Wälzkörper.

Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll

45. Elemente der Werkzeugmaschinen

Die Einteilung der Fertigungsanlagen ist an die Gliederung der Fertigungsverfahren für die Metallbearbeitung, DIN 8590, angelehnt. Der Begriff Werkzeugmaschine beschränkt sich auf die Fertigungsverfahren des Umformens, Trennens und Fügens. Werkzeugmaschinen werden definiert als „mechanisierte und mehr oder weniger automatisierte Fertigungseinrichtungen, die durch relative Bewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück eine vorgegebene Form oder Veränderung am Werkstück erzeugen“. Einzel- und Mehrmaschinensysteme bestehen aus einem bzw. mehreren Maschinengrundsystemen sowie weiteren Funktions- und Hilfssystemen.

Christian Brecher, Prof. Dr.-Ing. Manfred Weck, Marcel Fey, Stephan Neus

Kapitel 7. Einflüsse auf die Herstellkosten und Maßnahmen zur Kostensenkung

Da sich die Herstellkosten (Bild 7.1-1) entsprechend der Kostenrechnung aus der Summe der Material- und der Fertigungskosten (Teilefertigung und Montage) bestimmen, können die Maßnahmen entsprechend Bild 7.1-2 in drei Gruppen eingeteilt werden, die jeweils gleichartig angegangen werden können.Darüber hinaus gibt es entsprechend den Produkt- und Prozessmerkmalen eine Vielzahl weiterer Einflüsse, die nachfolgend in vielen Beispielen besprochen werden. Die Beispiele sollen Anregungen zum eigenen Vorgehen liefern. Dies muss natürlich an die jeweils vorliegende Aufgabe angepasst werden.

Klaus Ehrlenspiel, Alfons Kiewert, Udo Lindemann, Markus Mörtl

1. PKT – Kontinuierliche Weiterentwicklung in Forschung und Lehre

Ein Überblick zu den Entwicklungen am Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der Jahre 2016 – 2020

Christoph Rennpferdt, Tobias S. Hartwich, Dieter Krause

6. Aktuelle Ansätze in der Entwicklung und Auslegung von Leichtbaustrukturen

In diesem Kapitel werden die innovativen und methodischen Ansätze in der Entwicklung von Leichtbaustrukturen am PKT vorgestellt. Es ist eng mit dem Anwendungsfeld Luftfahrt verbunden, das in Kap. 9 Neue Trends in der Flugzeugkabinenentwicklung vorgestellt wird.

Emil Heyden, Johann Schwenke, Tobias S. Hartwich, Michael Hanna, Dieter Krause

11. Schleifen

Schleifen ist ein Zerspanungsverfahren, bei dem die Spanabnahme durch ein vielschneidiges Werkzeug mit geometrisch nicht definierten Schneiden erfolgt.Beim Schleifen führt das Werkzeug die Schnittbewegung aus. Die beim Schleifen üblichen Schnittgeschwindigkeiten sind etwa 20mal so groß wie beim Drehen (25 bis 45 z. T. bis 120 m/s). Die Vorschubbewegung wird, abhängig vom Arbeitsverfahren, vom Werkzeug oder vom Werkstück ausgeführt.Die Schleifverfahren unterteilt man nach der Form des Werkstückes in Plan- und Rundschleifen oder nach Art der Werkstückaufnahme in Schleifen zwischen Spitzen oder spitzenlosem Schleifen. Auch eine Unterteilung nach Einsatzgebieten, z. B. Führungsbahnschleifen oder Werkzeugschleifen, wäre möglich.Die Schneiden des Schleifwerkzeuges können gebunden (Schleifscheibe, Trennscheibe, Schleifband, Honstein) oder lose (Läppen) sein.

Jochen Dietrich, Arndt Richter

21. Anhang

Die hier aufgeführten Firmen haben uns freundlicherweise Bild- und Informationsmaterial zur Verfügung gestellt.

Jochen Dietrich, Arndt Richter

16. CAD/CAM

Kundenorientierte Fertigung in kleinen Stückzahlen, steigender Kostendruck und der Einsatz von CNC-Multifunktionsmaschinen bestimmen die mechanische Fertigung. Für den wirtschaftlichen Einsatz dieser Maschinen ist eine leistungsfähige NC-Programmierung erforderlich. Weitere Nutzwerte können mit einem gut ausgestalteten CAD/CAM-NC-Prozess erschlossen werden. Werkstückmodellierung, NC-Planung und Simulation des Fertigungsablaufes auf der Maschine im 3D-Raum ermöglichen eine realitätsnahe Vorbereitung des Fertigungsprozesses und einen gesicherten Übergang von der virtuellen Planung zur realen Produktion.

Jochen Dietrich, Arndt Richter

Kapitel 9. Maschinenbaustudium im Spannungsfeld von Ingenieurskompetenzen, Digitalisierung und Nachhaltiger Entwicklung

Maschinenbau ist eine der grundlegenden Disziplinen, wenn es um die Entwicklung, Anwendung und Umsetzung technischer Lösungen für eine nachhaltige Entwicklung geht: Es sind Ingenieurinnen und Ingenieure, die ausgehend von gesellschaftlichen Erwartungen technische Produkte gestalten und damit ihre weit gefassten Umweltauswirkungen definieren und so gesellschaftliche Veränderungen herbeiführen. Gleichzeitig sind digitale Methoden in sehr vielen Bereichen der Ingenieurstätigkeit schon lange gut verankert.Der Fachbereich Maschinenbau und Kunststofftechnik der Hochschule Darmstadt (h_da) untersucht aktuell systematisch, wie es gelingen kann, alle relevanten Ingenieurskompetenzen auch zukünftig in einem berufsqualifizierenden Bachelor-Studiengang zu vermitteln, aber gleichzeitig Ingenieurinnen und Ingenieure auszubilden, die digitale oder andere Verfahren und Lösungen selbstverständlich zielgerichtet für eine nachhaltige Entwicklung einsetzen können. Rahmenbedingungen sind dabei durch Fachgrenzen und die Beschränkung auf den zeitlichen Umfang der Ausbildung gegeben, d. h. neben ausreichenden fachlichen Kompetenzen ist die Befähigung zur anschlussfähigen Kommunikation über Fachgrenzen hinaus wie auch in einem interkulturellen und internationalen Kontext zielgerichtet und sinnvoll zu agieren maßgeblich.Ziel des Artikels ist es, die Randbedingungen und Möglichkeiten auszuloten, die bestehen und aus denen heraus die Studierenden ihre Kompetenzen erwerben, mit denen sie als Ingenieurin oder Ingenieur einen wesentlichen Beitrag für nachhaltige Entwicklung leisten können. Darauf aufbauend werden insbesondere digitale Werkzeuge untersucht, deren Anwendung hierfür grundlegend, notwendig oder hilfreich ist. Daraus entsteht ein Konzept für eine schlüssige moderne Ingenieursausbildung, die auch weiter fähige Maschinenbau-Ingenieurinnen und -Ingenieure hervorbringt, diese aber gut im Kontext nachhaltiger Entwicklung verankert hat.

Alexander Landfester, Sven Linow, Florian van de Loo

5. Das bionische Konstruieren

Ähnlich dem Vorgehen gemäß der Konstruktionsmethodik bei der Neu- oder Weiterentwicklung von Produkten im Maschinenbau, ist es für den Projekterfolg und auch für die Nutzung des bionischen Potentials notwendig, bei bionischen Forschungsund Entwicklungsprojekten ebenfalls einen methodischen Ansatz zu verfolgen. Empfehlungen und Beschreibungen zum grundsätzlichen Vorgehen bei bionischen Forschungsarbeiten und Projekten finden sich vor allem in den Richtlinien VDI 6220 – 6226, in der DIN ISO 18457 sowie vereinzelt in der Fachliteratur.

Welf Wawers

3. Biologische Basisinformationen

Ein Kapitel „Biologische Grundlagen“, wie es vielleicht erwartet werden würde, kann es im Rahmen dieses Buches nicht geben. Die Biologie ist ein viel zu großes und zu weit verzweigtes Gebiet, als das alle biologischen Grundlagen hier zusammengefasst werden könnten. Hinzu kommt, dass für das Verständnis vieler biologischer und insbesondere mikrobiologischer Abläufe, Prozesse und Systeme häufig auch fundierte Chemiekenntnisse benötigt werden.

Welf Wawers

4. Die Natur nachbauen – Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen

Die Entstehungshistorie manch erfolgreicher bionischer Produkte kann etwas planlos erscheinen. Rinder gehen nicht durch stachelige Dornenhecken, also bauen wir einen Zaun mit Stacheln. Dann wird etwas herumexperimentiert, welche Arten von Stacheln wirksam sind, wie und wo sie befestigt werden können, und schließlich, wie sich das Ganze leicht industriell herstellen lässt.

Welf Wawers

Kapitel 2. Synthese (Herstellung, Erzeugung) von (petrobasierten) Kunststoffen

Kap. 2, sehr knapp für den Ingenieur, gibt eine Übersicht zur Synthese von Polymeren. Einzelne Kunststoffe werden den Polymerisationsarten zugeordnet. Die einzelnen Polymerisationen sind verkürzt nach Lehrmaterial von plastics europe abgedruckt. Den Ingenieur interessieren Einflüsse der Polymerisation auf Werkstoffeigenschaften. Neben den Thermoplasten werden auch Duroplaste erwähnt, danach abgewandelte Naturstoffe auf Cellulose-, Protein- und Ligninbasis beschrieben und verfahrenstechnische Prozesse der Kunststofferzeugung am Klassiker Polystyrol gezeigt. Kap. 2 ist weitestgehend unverändert gegenüber der 1. Auflage.

Peter Eyerer

1. Aufbau und Vorgehensweise des Buches

Bei den hier vorgestellten Aufgaben der Kap. 2, 4 und 6 handelt es sich um „konstruktive Übungen“, die von den Studenten zum größten Teil außerhalb des Seminars bzw. Unterrichts erarbeitet werden. Als Arbeitsaufwand hierfür sind 40 bis 60 Stunden vorgesehen. Mit den Kap. 3, 5 und 7 wird jeweils eine Klausuraufgabe nachgestellt, die der Lernzielkontrolle für die in den Übungen erarbeiteten Themenbereiche dient. Als Bearbeitungszeit sind 4 Unterrichtsstunden angedacht. Ein mögliches Bewertungsschema für alle Aufgaben befindet sich im Anhang (Tab. A.1, A.2). Kap. 8 ist eine Projektarbeit von Studierenden der Fachschule in Mönchengladbach, die in eigener Verantwortung konzipiert wurde. Hier werden zudem optimierte Alternativen im Rahmen des Schweißens dargestellt. Die im Weiteren beschriebene systematische Vorgehensweise findet in allen konstruktiven Übungen ihre konsequente Umsetzung.

Bernhard Fleischer, Hans Theumert

8. Konstruktion einer Transport- und Handhabungsvorrichtung

Bernhard Fleischer, Hans Theumert

Kapitel 9. Elemente an Achsen und Wellen

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.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

Kapitel 13. Zahnräder

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.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

Kapitel 11. Wälzlager

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.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

Kapitel 8. Schraubenverbindungen

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 [RoMa19] zu finden.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

Kapitel 10. Sicherungselemente

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.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

Kapitel 5. Bemaßung

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.

Susanna Labisch, Georg Wählisch

Kapitel 29. Rotierende Systeme

Rotorblätter von Windkraftanlagen, Hubschrauberrotoren oder Propeller sind stabähnliche in sich verwundene Tragwerke, die sich um eine Achse drehen, siehe Bild 29-1. Die Achse kann raumfest oder auch beweglich sein, sodass sich hier die Drehbewegung des Rotorblattes mit einer Fußpunktbewegung überlagern kann. Infolge der Rotation entstehen im Rotorblatt Fliehkräfte, die von der Drehgeschwindigkeit abhängen und zum Versteifen des Rotorblattes führen.

Dieter Dinkler

3. Von der Idee zum fertigen Produkt

Vorab: Die folgenden Ausführungen stellen den komplexen und vielschichtigen Prozess der Produktentstehung vereinfacht dar, um eine gute und übersichtliche Zugänglichkeit für den Leser zu erreichen. Es wird eine an die Richtlinie VDI 2221 angelehnte Beschreibung gewählt, weitere in der Literatur beschriebene Modelle und Philosophien werden beschrieben und diskutiert. Das Ziel ist, eine praxistaugliche, nicht zu theoretische Darstellung, die dem Studierenden, aber auch dem Praktiker eine wirkliche Hilfestellung sein kann.

Paul Naefe, Jörg Luderich

7. Neukonstruktion

Die anspruchsvollste Aufgabe für einen Konstrukteur ist natürlich die Entwicklung eines völlig neuen Produkts. Für diesen Fall ist allerdings eine umfangreiche Vorbereitungsarbeit erforderlich, an der der Konstrukteur in der Regel zwar beteiligt sein sollte, aber zunächst nicht die Hauptrolle spielt. Die möglichen Vorgehensweisen, die dazu führen, dass einer oder mehrere Mitarbeiter der Konstruktionsabteilung schließlich damit beauftragt werden, eine genau definierte Aufgabenstellung zu bewältigen, wurden in Kap. 2 behandelt. In diesem Kapitel werden nun an einem praxisnahen Beispiel Vorgehensweisen und Methoden dargelegt, die immer dann Anwendung finden, wenn eine neue Prinziplösung für eine neue oder bekannte Aufgabenstellung erforderlich ist, es sich also um eine Neukonstruktion handelt.

Paul Naefe, Jörg Luderich

Kapitel 5. Konstruktionselemente Maschinenbau/Fördertechnik

FördertechnischeKonstruktionselement|( Maschinen und Anlagen, und damit auch materialflusstechnische und logistische Systeme, setzen sich aus zwei maschinenbaulichen Hauptkomponenten zusammen – einerseits sind hier die klassischen Maschinenelemente zu nennen, andererseits die nachfolgend beschriebenen spezifischen Basiselemente der Fördertechnik.

Karl-Heinz Wehking, Christian Häfner

6. Bewertung von Fehlausrichtungen und Ausrichten der Antriebsmaschine

Kap. 6 ist der Bewertung der erfassten Fehlausrichtungen an der Kupplung gewidmet. Es werden zwei Toleranzgrenzen vorgestellt, die sich in der Breite durchgesetzt haben sowie deren Anwendung in zwei weiteren Grenzen zur Bewertung kritischer Auswirkungen im Maschinensatz. Die bewerteten Ergebniswerte an der Kupplung münden in Korrekturwerten an den Maschinenfüßen. Ausführlich werden potenzielle Problemfälle vorgestellt, die erst nach mehreren Korrektur-Schleifen bewältigt werden. Das Erkennen der zusätzlich aufgetretenen Fehler ist ebenso hilfreich dabei, wie Sondermodi im Ausrichtsystem zum synchron angezeigten „Bewegen“ der Antriebsmaschine.In einem kurzen Teilkapitel wird das Verhalten von Kardanwellen im Ausrichtvorgang analog zu Zwischenwellen zwischen zwei Kupplungen beschrieben.

Dipl.-Ing. Dieter Franke

3. Übersicht der Auswirkungen von Ausrichtfehlern und Kupplungsfehlern

Kap. 3 beschäftigt sich mit den doch recht komplexen Auswirkungen von Kupplungs- und Ausrichtfehlern. Eingangs werden die Auswirkungen von Ausrichtfehlern systematisiert und dann dargestellt in den Mehrbelastungen über den erhöhten Energieverbrauch bis zum steigenden Instandhaltungsaufwand. An einem detaillierten grafischen Maschinenmodell werden die verketten mechanischen Auswirkungen anschaulich sichtbar gemacht.In einem Teilkapitel ist es Aufgabe die Änderungen von statischen und dynamischen Kräften in der Kupplung an Schnittbildern sichtbar zu machen und zu erläutern. Dazu wird die Erfassung der geometrischen Änderungen durch Ausrichtfehler in der Kupplung beschrieben.Im abschließenden Teilkapitel werden die Auswirkungen in Stichpunkten gegliedert aufgelistet.

Dipl.-Ing. Dieter Franke

5. Reibung

Reibung ist ein Bewegungswiderstand sich berührender Körper, gekennzeichnet durch verschiedene Reibungszustände (Festkörperreibung, Flüssigkeitsreibung, Gasreibung) und Reibungsarten (Gleitreibung, Rollreibung). Reibung ist keine Materialeigenschaft, sondern entsteht durch Wechselwirkungsprozesse kontaktie¬render Körper oder Stoffe und muss stets auf die Material-Paarung, d. h. allgemein auf das betreffende tribologische System, bezo¬gen werden. Die physikalischen Mechanismen und Dissipationsprozesse der Reibung werden mit einer Energiebilanz analysiert und es wird der Zusammenhang zwischen Reibung und reibungsbedingtem Wirkungsgrad betrachtet. Abschließend wird eine kurze Übersicht über tribologische Systeme für reibungsarme Führungen und Lager gegeben.

Horst Czichos

12. Tribologie von Konstruktionselementen

Die Funktion tribologischer Maschinenelemente besteht in der Aufnahme, Übertragung und Anwendung von Bewegungen und Kräften mittels tribologisch beanspruchter Wirkflächenpaare in Maschinen, Geräten und technischen Anlagen. Die tribologischen Beanspruchungen haben eine „duale Rolle“: sie sind einerseits für die Funktion erforderlich, sind aber andererseits stets mit Reibung verbunden und können zu Verschleiß führen. Es wird das tribologische Verhalten von ausgewählten Konstruktionselementen vorgestellt: Gleitlager, Wälzlager, Zahnradpaarungen, axiale Gleitringdichtungen, Kolbenring/Zylinderlaufbahn, Nocken/Nockenfolger. Dabei werden neben den werkstofftechnischen Aspekten im besonderen Maße schmierungstechnische und konstruktive Gesichtspunkte berücksichtigt.

Karl-Heinz Habig

Die Expansion in die Kriegswirtschaft

Das Jahr 1914 brachte der DGA dramatische Veränderungen in ihrem Auslandsgeschäft 1914; den Erwartungen auf sprunghafte Expansion folgte ein schmerzhafter Marktverlust. Im Januar gelang ein erster Schritt nach Südeuropa, den die Presse in den letzten Dezembertagen schon angekündigt hatte: „Die deutsche Glühlampenfabrik in Spanien“. Schutzzölle und hohe Transportkosten hatten die Erschließung dieses vielversprechenden Marktes behindert, weshalb sich die großen Drei zu einer gemeinsamen Investition entschlossen: den Bau der Fábrica de Lámparas de Filamento Metálico ‚Madrid‘, mit einem Startkapital von 2 Mio. Pesetas.

Hans H. Lembke

Kapitel 3. Gestalten, Design, Fügen, Auslegung, Berechnungsansätze, Simulation, EDV-unterstützte Konstruktion und Kosten von Kunststoffbauteilen

Das Kap. 3 wurde um Fügen und Verbinden (Schweißen, Schnappen, Schrauben) erweitert und ansonsten überarbeitet. Es fasst das Konstruieren und Gestalten mit Kunststoffen zusammen, das erweitert wurde. Unverändert ist die Bauteilauslegung (einschließlich der Berechnungsansätze) und Simulation. Die Verantwortlichkeiten bei der Formteilentwicklung am Beispiel Automobilindustrie gibt Einblicke bis hin zu Schnittstellen. Zahnräder und Kunststoffrohre als Anwendungsbeispiel und Bauteilkosten schließen Kap. 3 mit einer Kostenrechnung ab. Umfangreich fügten wir auch im Kap. 3 viele Anwendungsbeispiele und neuere Literatur hinzu.

Martin Keuerleber, Peter Eyerer

Kapitel 1. Verarbeitung von Kunststoffen zu Bauteilen

Kap. 1 „Verarbeitung von Kunststoffen zu Bauteilen“ wurde von Helmut Schüle federführend überarbeitet und deutlich erweitert. Es beginnt mit den Polymerpulvern, der Aufbereitung und Zusatzstoffen unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitung. Standard-Spritzgießen einschließlich Werkzeuge und Konstruktionsregeln folgen. Des Weiteren werden verschiedene Sonder-Spritzgießverfahren einschließlich der Maschinentechnik und deren Trends behandelt. Extrudieren schließt sich in analoger Abfolge an, gefolgt von Kalandrieren, Schäumen und einem Kapitel über Polyurethane. Neu hinzugefügt hat Rüdiger Bräuning das Kapitel zur Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen. Die verstreuten Teilthemen der ersten Auflage sind hier zusammengefasst und um die Reparatur von Faserverbundwerkstoffen (Heike Sommer) erweitert worden. Ähnlich Kap. 3 „Werkstoffe“ folgt die Verarbeitung von thermoplastischen Elastomeren und Elastomeren. Das Beispiel Reifen wird vertieft. Es folgen Verarbeitungseinflüsse auf Bauteileigenschaften. Verarbeitungsfehler, Thermoformen, Rapid Prototyping und Spritzguss-Simulation beenden Kap. 1.

Helmut Schüle, Peter Eyerer

1. Einführung

In Kap. 1 werden Grundbegriffe der Verfahrenstechnik sowie des Apparate- und Anlagenbaus eingeführt. Die Apparate- und Anlagentechnik beschäftigt sich innerhalb der Verfahrenstechnik mit der technisch-wirtschaftlichen Umsetzung und dem Betrieb verfahrenstechnischer Prozesse in Form von Apparaten, Maschinen und Anlagen. Das schließt die Planung und Entwicklung sowie den Bau solcher Anlagen mit ein. Da dabei zum Teil erhebliche finanzielle Mittel eingesetzt und in den später betriebenen Anlagen oftmals große Stoff- und Energieströme umgewandelt werden, sind auch die mit der Umsetzung verbundenen umweltrelevanten sowie betriebs- und volkswirtschaftlichen Aspekte zu beachten. Das Kap. 1 beinhaltet eine Einführung in die Entwicklung und Planung verfahrenstechnischer Anlagen und schließt mit einer Literaturübersicht von etablierten deutschsprachigen Fachbüchern zur Thematik.

Siegfried Ripperger, Kai Nikolaus

Kapitel 11. Ausgewählte Lehr- und Forschungsprojekte an internationalen Designhochschulen

Von den über 40 Alumni in dieser Dokumentation (ohne HfG-Dozenten) waren 28 Dozenten, d. h. HochschullehrerHochschullehrer und InstitutsleiterInstitutsleiter, Honorar-ProfessorenHonorar-Professor und Professur-VertreterProfessur-Vertreter sowie LehrbeauftragteLehrbeauftragter, an 23 Schulen von AhmedabadAhmedabad, Indien bis UlmUlm (Liste). Mehrere Kollegen waren an zwei Designschulen aktiv.

Hartmut Seeger

Kapitel 8. Produktkosten verstehen und beeinflussen

Sie kennen die Bedeutung des Themas Kosten für die Produktentwicklung und können den bewussten Umgang mit Kosten als Bestandteil der Produktentwicklung erklären. Sie kennen die Grundlagen der Kostenentstehung im Produktlebenslauf sowie typische Kostenrechnungsarten und können diese auf Beispiele anwenden. Sie können Produktkosten nach der Methode der differenzierenden Zuschlagskalkulation bestimmen, wissen, wie Produktkosten beeinflusst werden und können dafür Beispiele angeben. Sie können die drei Strategien des Produktkostenmanagements – Kosten senken, Wertanalyse und Zielkostenentwicklung – erklären und können situationsabhängig die richtige Strategie anwenden.

Eckhard Kirchner

Kapitel 1. Produktentwicklung in der Praxis

Sie wissen, wie die Produktentwicklung in Unternehmen heutzutage aufgebaut ist und welche wesentlichen Aufgaben dort gelöst werden. Sie wissen, dass die Produktentwicklung im Produktentstehungsprozess eine zentrale Rolle einnimmt und organisatorisch mit vielen Bereichen sowie mit Kunden und Lieferanten eng zusammenarbeitet. Sie können den Unterschied zwischen den wichtigen Tätigkeiten Verifizieren und Validieren der Produktentwicklung erklären und sind für die Unterscheidung von Merkmal und Eigenschaft sensibilisiert. Sie kennen die Bedeutung des kreativen und methodischen Arbeitens in der Produktentwicklung und können dieses auch an Beispielen erklären. Sie können begründen, warum Kommunikation und Kooperation eine unabdingbare Voraussetzung für eine erfolgreiche Entwicklungsarbeit sind.

Eckhard Kirchner

Kapitel 6. Produktqualität sicherstellen

Sie kennen die Bedeutung des Qualitätsbegriffs und wissen, welche Rolle Qualität in der Produktentwicklung als Zielgröße spielt. Sie kennen das Organisations- und Managementkonzept des Total Quality Management als übergreifende Leitlinie zur Optimierung und Absicherung der Qualität von Produkten und Prozessen. Sie kennen die Bedeutung der frühzeitigen Fehlererkennung und -behebung im Entwicklungsprozess und können diese Bedeutung an Beispielen erklären. Sie wissen, wie man Fehlerursachen und Fehlerfolgen systematisch ermittelt und können dies eigenständig an einfachen Beispielen durchführen. Sie können eine Risikobetrachtung mit der Methode FMEA an einfachen Beispielen durchführen und das Risiko durch gezielte Maßnahmen senken. Sie kennen die Grundlagen des Konzepts der kontinuierlichen Verbesserung. Sie können die Quellen der wichtigsten Qualitätsnormen benennen.

Eckhard Kirchner

Kapitel 10. Prototypen entwickeln und einsetzen

Sie wissen, dass eine wirkungsvolle Nutzung von Prototypen als Entwicklungswerkzeug die Festlegung spezieller Anforderungen an die Prototypen erfordert. Sie können Prototypen hinsichtlich mehrerer Kategorien klassifizieren und den beabsichtigten Verwendungszweck in generischer Form aus der Klassifikation ableiten. Sie können die Grenzen zwischen virtuellen und physischen Prototypen und ihre Schnittstellen zueinander beschreiben und die notwendigen Koppelsysteme angeben. Sie kennen verschiedene Fertigungsverfahren zur Herstellung von Prototypen und können die Auswirkungen dieser Verfahren auf die Entwicklung und Herstellung von Prototypen beschreiben. Sie können die Anforderungen an Prototypen aus deren Einsatzzweck in der Produkt- oder Prozessentwicklung ableiten. Sie kennen die Einsatzgrenzen von Prototypen.

Eckhard Kirchner

Kapitel 5. Neue Produkte entwickeln

Sie können die Grundbegriffe der Modell- und Systemtheorie erklären. Sie können die verschiedenen Variationsarten voneinander abgrenzen. Sie kennen ausgewählte Methoden zur Fokussierung der Produktentwicklung. Sie kennen Methoden zur Priorisierung von Entwicklungstätigkeiten. Sie kennen die Grundbegriffe der Produktgenerationsentwicklung und deren Annahmen. Sie verstehen die Methoden zum Ermitteln der Produktfunktionen sowie zum Festlegen der Teilfunktionen grundlegend und können diese anwenden. Sie können eine prinzipielle Gesamtlösung synthetisieren und die Methoden zur Auswahl und Bewertung von Lösungsalternativen anwenden. Sie kennen die Arbeitsschritte der Phasen der Produktentwicklung, verstehen die notwendigen Methoden und können deren Prinzipien wiedergeben. Sie kennen die Schritte beim Gestalten und Ausarbeiten. Sie haben verinnerlicht, dass meist die Kombination von methodischen und kreativem Arbeiten zum optimalen Ergebnis führt.

Eckhard Kirchner

Kapitel 6. CAD/CAM-Systeme und Simulationstechnik

In diesem Kapitel wird ein Überblick über die Funktionalitäten von derzeit am Markt erhältlichen CAD/CAM-Systemen gegeben. Einen besonderen Stellwert nimmt die Problematik der Einführung von CAD/CAM-Systemen ein. Den zweiten Teil bildet die Anwendung von Simulationstechnik bei der rechnergestützten Fertigung.

Peter Hehenberger

Kapitel 3. Werkzeugmaschinen

In diesem Kapitel wird ein Überblick über Eigenschaften und Aufbau von Werkzeugmaschinen gegeben. Die einzelnen Komponenten (Gestell, Führungen, Antriebe, Getriebe, Messsysteme, Spanneinrichtungen) und deren Ausführungsvarianten werden detailliert besprochen. Je nach Art des Formgebungsprozesses sind die Einsatzbedingungen und somit Anforderungen an Werkzeugmaschinen unterschiedlich.

Peter Hehenberger

Kapitel 6. Assistenzsysteme in der Textilproduktion

Mit der einfachen Formel „Hilfskraft + Datenbrille = Facharbeiter“ beschrieb ein deutsches Nachrichtenmagazin mögliche Auswirkungen auf die Arbeit und Assistenzsysteme in Industrie 4.0. So wird ein Manager wie folgt zitiert: „Mit einer Datenbrille kann ein neuer Werker nach kurzem Briefing schon die Ergebnisse erzielen, die ein anderer Mitarbeiter mit langjähriger Erfahrung erbringt“ und „Wenn Amazon für das Weihnachtsgeschäft 800 neue Leute einstellt, brauchen die künftig nicht mehr 20 Trainer, sondern können die Smartglass aufsetzen und sofort loslegen“ [NN14].

Yves-Simon Gloy

Kapitel 3. Berechnungsgrundlagen von Hydraulikanlagen

Beim Entwurf hydraulischer Anlagen müssen, nachdem Aufbau und Wirkungsweise durch den FunktionsschaltplanFunktionsschaltplan festgelegt wurden, u. a. die Auswahl des Betriebsdruckes, die Ermittlung des Volumenstromes und der erforderlichen Antriebsleistung sowie die Bestimmung der Baugröße der Motoren, Pumpen, Ventile und des Zubehörs erfolgen. Im Anschluss daran sollte ein Nachrechnen der Anlage durchgeführt werden, um kritische Betriebszustände bereits in der Projektierungsphase zu erkennen und durch geeignete Veränderungen zu vermeiden.

Jürgen Weber

4. Berechnung und Auslegung von Bauteilen

Gegenstand der Erörterung sind die mechanischen Kernkomponenten des Hubkolbenmotors. Auf Funktion, Anforderungen, Beanspruchung und daraus resultierender konstruktiver Gestaltung der Motorkomponenten wird jeweils ausführlich eingegangen. Die Bauteilberechnung beruht einerseits auf analytischen Ansätzen für die überschlägige Auslegung, andererseits auf in ihren Grundzügen vorgestellten modernen Berechnungsmethoden.Das Pleuel, Bindeglied im Hubkolbentriebwerk, überträgt die auf den translatorisch bewegten Kolben wirkende Gaskraft und die oszillierende Massenkraft auf einen rotierenden Hubzapfen der Kurbelwelle.Der Kolben ist die zentrale Komponente des Hubkolbenmotors. Die Ausführungen konzentrieren sich auf Tauchkolben. Der Kolben begrenzt den mit der Hubbewegung veränderlichen Zylinderraum und dichtet diesen im Zusammenwirken mit den Kolbenringen gegen den Kurbelraum ab. Mit der Form des Kolbenbodens nimmt er Einfluss auf die Gestalt des Brennraums. Der Kolben wird dabei thermisch durch heiße Verbrennungsgase und mechanisch durch Gas-, Massen- und Seitenkraft stark beansprucht. Bei Dieselmotoren werden Aluminium-Kolbenlegierungen aufgrund grenzwertiger Temperatur des Muldenrands der Brennraummulde im Kolbenboden „top down“ zunehmend durch Stahl substituiert.Die Kolbenringe werden nach Funktionsgesichtspunkten ausgewählt und im Motorversuch erprobt. Kriterien sind die Minimierung von Ölverbrauch, Gasdurchlass („Blow-by“) und Reibungsverlusten. Erstere reagieren sehr sensibel auch auf kleine konstruktive und technologisch bedingte Merkmale der Kolbenringe und der Kolbenringnuten. Die Berechnung dieser primär funktionsrelevanten Größen gelingt allerdings aufgrund hoher Komplexität des Systems quantitativ noch nicht voll befriedigend.Die Anforderungen an die Kurbelwelle ergeben sich aus ihrer zentralen Funktion, der Umsetzung der translatorischen Hubbewegung in eine Drehbewegung. Dies setzt eine „gekröpfte“ Bauweise voraus. Auf die Kurbel einer Kröpfung wirkt senkrecht die Tangentialkraft, eine Richtungskomponente der Pleuelstangenkraft. Erstere erzeugt mit dem Radius der Kurbel das anteilige Drehmoment. Die Kurbelwelle unterliegt im Betrieb einer vielfältigen dynamischen Beanspruchung. Dies erfordert unter Festigkeitsgesichtspunkten spezielle Maßnahmen im Zapfen-Wangen-Übergang. Die Kurbelwelle trägt auch die Gegengewichte für den Massenausgleich 1. Ordnung.Der Motorblock, in der Fachsprache das Zylinderkurbelgehäuse, ist die zentrale Motorgehäuseeinheit. Im Pkw-Bereich und für spezielle Anwendungen kann Grauguss durch geeignete Aluminium-, noch selten Magnesiumlegierungen, substituiert werden. Neben monolithischer Gehäusebauweise kommen Zylinderlaufbuchsen unterschiedlicher Werkstoffe und Ausführung sowie spezielle Zylinderlaufflächentechnologien zur Anwendung. Die Zylinder werden vom Verbrennungsdruck beaufschlagt. In der Lagergasse des Zylinderkurbelgehäuses ist die Kurbelwelle gelagert, wobei sich die Kurbeltriebkräfte in den Kurbelwellenhauptlagern abstützen. Dies erfordert zylinderkopf- und hauptlagerseitig funktionssichere Verschraubungen. Auch die Schmierölverteilung im Rahmen der Druckumlaufschmierung, der drucklose Ölrücklauf und die optional interne Gehäuseentlüftung sind in dieses komplexe Bauteil integriert.Der Zylinderkopf, zweiter wesentlicher Bestanteil des Motorgehäuses, ist in konstruktivgestalterischer Hinsicht sehr anspruchsvoll. Er beinhaltet die zunehmend komplexen Steuerorgane des Ladungswechsels. Auch über die Gestaltung der Ladungswechselkanäle und seine an das Brennverfahren angepasste Brennraumform nimmt er Einfluss auf die Güte der Verbrennung.Die Zylinderkopf-Dichtungstechnik hat sich durch Einführung der Mehrlagen-Stahl-Dichtung enorm weiterentwickelt. Ihr kommt im Hinblick auf eine sichere und dauerhafte Motorfunktion bei unterschiedlichen, mitunter ungünstigen Betriebsbedingungen größte Bedeutung zu. Sie hat primär die Aufgaben, die Brennräume, den Kühlmittel- und den Schmierölbereich sicher abzudichten.

Eduard Köhler, Rudolf Flierl

Chapter 5. The Second Scientific Age: From Galileo to Today

In this chapter, the initially slow and then increasingly rapid awakening of the second scientific age, which goes from Galileo to the present day, is described. Attention is first focused on the first two centuries of scientific activity, from Galileo to Lagrange, because in this time the mechanics establishes itself as queen of the sciences. However, it is emphasized that, in these two centuries, stagnation continues to prevail in the field of gears, which continue to look to the past again and do not immediately benefit from new scientific achievements. Subsequently, attention is focused on the slow detachment from pure empiricism and the equally slow penetration of science into the field of gears. The main scientific contributions are described, which initially concern only the geometric–kinematic aspects. It is also highlighted that, gradually, these aspects begin to be seen from the perspective of the new cutting processes that are gradually conceived and developed. Still later, the attention is focused on the mechanics of solids and on material strength theories that, even in this case, first gradually and then with forced charge, enter the field of gears. In this regard, this brief history only describes the contributions of the pioneers, who have begun new lines of research on gears, starting from Lewis to the present day. Therefore, only the milestones on the state of knowledge concerning the load carrying capacity of the gears in its most diverse aspects are described. To give a concrete demonstration of the fact that gears are ancient science in continuous updating, in the final part of this chapter, brief considerations are presented on the historical aspects of three particular types of damage, which are related to the load carrying capacity of the gears in terms of abrasive wear, micropitting and tooth flank breakage. The chapter closes with epigraphic news on the main monographs and textbooks on gears from 1900 to the present, with a due exception to Olivier’s 1842 treatise, which is probably the first monograph that was written and published on the gears.

Vincenzo Vullo

Schmierstoffentwicklung für E-Antriebe: Der Teufel steckt im Detail

In diesem Beitrag werden zuerst die Hauptanforderungen für Schmierstoffe für die E-Mobilität dargestellt. Anschließend wird erklärt, welche technische Herausforderungen aus den sehr unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Komponenten resultieren. Danach wird der Einfluss der Grundölsorte, der Viskosität und der Additivierung diskutiert. Zum Schluss werden die typischen Unverträglichkeiten der eingesetzten Materialien und die damit verbundenen Schadensarten bzw. die Tests zur frühzeitigen Aufklärung, vorgestellt.

Balázs Magyar, Rainer Freise

Open Access

Bildverarbeitung im industriellen Umfeld von Abfüllanlagen

In der Abfüllindustrie geht der Trend hin zur Selbstdiagnose, Optimierung und Qualitätsüberwachung der Prozesse. Ziel ist es, die Produktionsmengen zu erhöhen und gleichzeitig die Qualität zu steigern. Hierfür sind neue Konzepte in der Abfüll- und Regelungstechnik notwendig. Für diese Konzepte ist eine kontinuierliche Überwachung des Abfüllvorgangs Voraussetzung. In diesem Beitrag werden Algorithmen zur kontinuierlichen Füllprozessbewertung vorgestellt. Auf Basis von Referenzbildern wird die Füll- und Schaumhöhe bestimmt. Des Weiteren wird die Turbulenz der Flüssigkeit bewertet

Alexander Dicks, Christian Wissel, Martyna Bator, Volker Lohweg

2. Komplexität, Bedeutung und Gesamtsystemabhängigkeit der Fahrzeugbetriebsstrategie

Besonders seit der Etablierung genormter Testzyklen, wie z. B. des New European Driving Cycle (NEDC), herrscht landläufig die Meinung, dass die Verantwortung einer Verbrauchsreduktion der Fahrzeuge in erster Linie bei den Fahrzeugentwicklern liegt, und daher eine rein technische Frage sei. Eine Optimierung der Verbrennungskraftmaschine (VKM), Leichtbau und ein „smartes“ Energiemanagement können zweifellos zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs beitragen, aber oftmals bergen äußere Einflüsse, wie die Wahl des Fahrzeuges an sich und dessen Einsatzprofil ein erheblich größeres Potenzial. Da in manchen Fällen eine exakte Quantifizierung und Ermittlung des wichtigsten Einflussparameters nicht möglich ist, gilt es fortan das Fahrzeug als ganzheitliches, systemabhängiges Optimierungsproblem zu betrachten. Dies bedeutet gleichermaßen, dass all jene Parteien, welche das Supersystem des Fahrzeuges gestalten, in einen interdisziplinären Prozess involviert sind und Verantwortung für dessen gemeinsame Entwicklung übernehmen müssen. Abb. 2.1 zeigt die Wechselwirkung zwischen Hybridfahrzeug, Subsystem (bestehend aus den wesentlichen technischen Komponenten des Fahrzeuges) und Supersystem, welches jene äußeren Einflüsse beschreibt, die auf Fahrzeugtopologie, Betriebsstrategie und letzten Endes Energieverbrauch Einfluss haben. Auf das eigentliche Subsystem des Speichers bzw. die verschiedenen Hierarchieebenen der Systembetrachtung wird in Kap. 4 eingegangen.

Armin Buchroithner

6. Optimierung im Subsystem

Das Subsystem des FESS umfasst wie beschrieben alle Komponenten und Bauteile, welche für den Aufbau und Betrieb des Speichers notwendig sind. Durch Modifikation einzelner Komponenten, wie Lager, Rotor, oder E-Maschine können energetische Spezifikationen des FESS beeinflusst und ggf. verbessert werden. Ziel ist die Annährung der im Rahmen der aktuellen technischen Möglichkeiten erreichbaren Eigenschaften eines FESS an die Performance eines Referenzenergiespeichers – zumindest bis zum Erreichen der unter Abschn. 5.4 beschriebenen Threshold-Spezifikationen.

Armin Buchroithner

9. Lagerung

Im Bereich der Schwungradspeicher haben sich bis jetzt lediglich zwei Lagerkonzepte durchgesetzt:

Armin Buchroithner

Formschlüssige multimaterielle Additive Fertigung zur Realisierung funktionsintegrierter Hybrid-Bauteile

Im Zusammenhang mit additiven Fertigungssystemen werden regelmäßig die Möglichkeiten zur Individualisierung von Bauteilen oder zur Funktionsintegration genannt. Jedoch beschränken sich solche Systeme auf einen Werkstoff beziehungsweise auf eine Werkstoffklasse pro Herstellungsprozess. Vor allem in Bezug auf Funktionsintegration kann diese Beschränkung zu unzureichenden oder nicht realisierbaren Teilfunktionen führen, da der jeweilige Werkstoff nicht die geforderten Eigenschaften besitzt. Gleichzeitig stellt sich die Verbindung mehrerer Werkstoffklassen in einem Herstellungsprozess als herausfordernd dar, da eine stoffschlüssige Verbindung nur im jeweils flüssigen Zustand möglich ist, die Werkstoffe aber dafür zu unterschiedliche Bindungsarten besitzen.Das Ziel dieses Beitrages ist es, die Umsetzung der Multimaterialfertigung mithilfe formschlüssiger Verbindungen zu beschreiben. Dabei wird auf kompatible additive Fertigungsanlagen eingegangen und mögliche Werkstoffverbindungen evaluiert. Weiterhin werden Hohlraumgeometrien untersucht, die zum Formschluss führen sollen und deren Dimensionen spezifiziert und gemäß der Belastungen optimiert. Als Ergebnis besteht eine Übersicht über die Möglichkeiten zur multimateriellen Fertigung und den dazu passenden Geometrien.

Georg Leuteritz, Svenja Schudak, Markus Rohling, Roland Lachmayer

6. Entwicklung Development

Bei Rennfahrzeugen, die ja im Gegensatz zu Serienfahrzeugen Prototypen sind, kann kaum zwischen den klassischen, aufeinanderfolgenden Phasen der Produktentstehung – also Entwurf, Konstruktion, Erprobung und Entwicklung, Produktion – unterschieden werden. Im Gegenteil: Die Entwicklung ist ein nie endender Prozess, der auch nach Produktionsbeginn von Kleinstserien (z. B. Formel 3) nicht endet. Dadurch hört auch der Konstruktionsprozess nie auf. Auch bei der Kostenaufteilung unterschieden sich Rennfahrzeuge stark von den Großserienprodukten. Die Produktionskosten von Wettbewerbsfahrzeugen nehmen sich verschwindend gering im Vergleich zu Konstruktion und Entwicklung aus.

Michael Trzesniowski, Philipp Eder

5. Wälzlager

Die Hauptaufgabe von Lagern ist das Führen von zueinander beweglichen Bauteilen sowie die Aufnahme und Weiterleitung der wirkenden Kräfte. Hierbei sollen sie Bewegungen (Rotation und Translation) in gewünschten Freiheitsgraden ermöglichen und in unerwünschten Freiheitsgraden sperren.Prinzipiell lassen sich Wälzlager und Gleitlager unterscheiden. Die Bewegung beziehungsweise Kraftübertragung bei Wälzlagern erfolgt über Wälzkörper, welche zwischen Ringen oder Scheiben angeordnet sind. Es dominiert Rollreibung, wodurch sich geringe Energieverluste ergeben. Bei Gleitlagern reiben die zueinander beweglichen Flächen direkt aufeinander.Wälzlager werden bevorzugt als wartungsfreie beziehungsweise wartungsarme Lagerungen unter normalen Anforderungen wie beispielsweise in Getrieben, Werkzeugmaschinen, Förderanlagen oder Fahrzeugen aller Art eingesetzt. Auch bei Spindelführungen oder Drehtürmen kommen sie zur Anwendung, da sie aus dem Stillstand heraus und bei kleinen Drehzahlen reibungsarm laufen und hohe Belastungen ertragen. Ihre Vor- und Nachteile finden sich in Tab. 5.1.

Frank Engelmann, Thomas Guthmann

Highspeed Force Sensitive Object Handling via Cyberphysical Gripping System

Einfluss der Zusatzdrahtoszillation auf die Nahttextur beim Laserstrahlhartlöten
Michael Miro, Miguel Angel Villanueva Portela, Bernd Kuhlenkötter

Kapitel 11. Intervallschätzung (Konfidenzintervalle)

Im Kapitel 10 wurde bereits angesprochen, dass man mit unterschiedlichen Stichproben verschiedene Punktschätzer $$ {\hat{\theta }} $$ für den Parameter der Grundgesamtheit θ erzielt. Die Punktschätzer werden i. d. R. auch von θ abweichen. Mit einer Zufallsauswahl lässt sich der Stichprobenfehler berechnen.

Reinhold Kosfeld, Hans-Friedrich Eckey, Matthias Türck

4. Beispiele zur dynamischen Analyse von Antriebssystemen

Bei der Auslegung von Antriebssystemen mit Asynchronmotoren ist die dynamische Analyse mit spezifischen Programmen für die Simulation zu empfehlen, vgl. Tab. 2.1. Derartige Software stützt sich u. a. auf mathematische Modelle, die das dynamische Verhalten der Asynchronmotoren beschreiben. Die Dimensionierung der Motoren, Getriebe, Wellen und Kupplungen kann damit unter Berücksichtigung sowohl der technologischen Belastungen als auch der aus den mechanisch-elektrischen Wechselwirkungen innerhalb des Asynchronmotors entstehenden Antriebsmomente ermittelt werden, zu denen die Lastfälle Anlassen, Bremsen, Fehlsynchronisation oder Kurzschluss (2- oder 3-polig) gehören.

Hans Dresig, Alexander Fidlin

2. Modellbildung mechanischer Antriebssysteme

1.Zeit- und Kostenersparnis bei der Entwicklung neuer oder verbesserter Erzeugnisse dadurch, dass an Stelle teurer Versuchsstände (oder Messungen an der realen Maschine, deren Betrieb man unterbrechen muss) die dynamische Simulation am Computer erfolgen kann.2.Klärung physikalischer Ursachen für störende Erscheinungen (z. B. Resonanzschwingungen, Brüche, Lärm).Stör- und Schadensfälle haben, nachdem sie intensiv ausgewertet wurden, oft zur Verbesserung der Modellbildung und zum Modellverständnis beigetragen.3.Ermittlung optimaler Parameterwerte hinsichtlich der jeweiligen speziellen Kriterien (z. B. Materialaufwand, Energiebedarf, Steifigkeit, Lage der kritischen Drehzahlen u. a.).In den vergangenen Jahren haben die Möglichkeiten zur modellgestützten Analyse mechanischer Systeme an Bedeutung gewonnen, da sich durch die Leistungsfähigkeit der Computer und der Software der zeitliche und finanzielle Aufwand für Simulationsrechnungen bedeutend vermindert hat. Demgegenüber sind Prüfstandversuche zeit- und kostenaufwendig geblieben.

Hans Dresig, Alexander Fidlin

3. Parameterwerte von Maschinenelementen und Baugruppen

Antriebssysteme, welche sich als Torsionsschwinger berechnen lassen, können grob aufgeteilt werden in Baugruppen von Erregerelementen (z. B. alle motorischen Antriebe wie Elektromotoren, Kolbenmaschinen, Lüfter, Propeller, Bremsen, Bearbeitungsprozesse, die als Kräfte oder Momente von außen auf das Antriebssystem wirken) und Übertragungselementen (z. B. Wellen, Getriebe, Kupplungen), vgl. [267]. Um transiente Vorgänge nachbilden zu können, sind äußere Erregungen zu berücksichtigen, die den Antriebs- bzw. Arbeitsmaschinen und den Arbeitsprozessen zuzuordnen sind. Eine Anregungsfunktion kann deshalb sowohl Antriebs- als auch reine Belastungsfunktion sein. Die zugehörigen Modellelemente werden hier als Erregerelemente bezeichnet, die in den zugrundeazulegenden Schwingungsmodellen meistens auf eine einzige starre Drehmasse zu beziehen sind.Es ist jedoch zu beachten, dass aufgrund von Rückwirkungen zwischen Erreger- und Übertragungselementen, motorische Antriebe auch als Teilsysteme mit diskreten Feder-Masse-Elementen abgebildet werden. In diesem Fall versteht man unter einem Erregerelement die eigentliche äußere Drehmomenteneinwirkung (z. B. der harmonische Tangentialdruckverlauf pro Zylinder eines Verbrennungsmotors, umgerechnet als auf die Kurbelwelle wirkendes Erregermoment).

Hans Dresig, Alexander Fidlin

6. Anwendungsfall GRIMME

Als Hersteller innovativer Kartoffel-, Rüben- und Gemüsetechnik ist die GRIMME Landmaschinenfabrik stets daran interessiert neue Geschäftsmodell und Technologien zu nutzen, um einen Vorteil gegenüber den Wettbewerbern zu haben. In dem folgenden Kapitel wird beschrieben, wie die Grundlagen für eben dies geschaffen werden. Neben der Entwicklung eines Geschäftskonzepts, dem die Verfügbarkeit einer komplexen Erntemaschine zu Grunde liegt, erfährt der Leser ebenfalls welche technischen Voraussetzungen dafür nötig sind. Der konkrete Anwendungsfall dreht sich um eine Komponente eines Kartoffelvollernters, in diesem Fall das Aufnahmeband, welches die Kartoffeln aus der Erde in die Maschine fördert. Es soll der Ausfallzeitpunkt bestimmt werden, um im Vorfeld Maßnahmen zu ergreifen, welche die zugesicherte Verfügbarkeit des Bandes bzw. des Roders gewährleisten. Hierzu mussten die Fehlerursachen analysiert und neue Sensoren entwickelt werden, um diese zu messen. Für die Übertragung der gemessenen Daten in eine Cloud wurden Schnittstellen und Wege für die Datenvermittlung entwickelt. Darüber hinaus beschreibt das Kapitel die Signalverarbeitung der übermittelten Daten und wie mit Hilfe von Business Analytics der Ausfallzeitpunkt vorhergesagt werden kann. Die gewonnenen Informationen kann der Nutzer über die entsprechenden Front Ends einsehen, um die Verfügbarkeit der Maschine sicherzustellen.

Paaranan Sivasothy, Jan C. Aurich, Dani Bechev, Horst Brehm, Georgis Bulun, Claudia Glenske, Michael Grethler, Christoph F. Herder, Julian Imwalle, Andrej Keksel, Patrick Kölsch, Ralf Mattukat, Gerald Wessel, Bernd Sauer, Jörg Seewig, Frank Zeihsel, Viviane Zimmermann

Chapter 5. Tractor transmissions

Importance and general functions. The transmission with included rear axle, also called “transaxle”, Fig. 5.1, is the most important tractor component, representing about 25–30% of total tractor cost.

Karl Theodor Renius

1. Physikalische Grundlagen

Damit Schiffe unsere Weltmeere sicher befahren können, kommt einer funktionierenden Schiffsbetriebstechnik eine besondere Bedeutung zu. Diese zum Teil hochmodernen und komplexen Anlagen erfordern qualifiziertes Fachpersonal – die Schiffsbetriebstechniker.

Manfred Pfaff

Kapitel 4. Projekt Bohrvorrichtung

Nachfolgend ist die technische Zeichnung einer Rastscheibe dargestellt (Abb. 4.1). Im Rahmen des Fertigungsprozesses sollen noch die beiden Bohrungen mit Durchmesser 6 mm hergestellt werden. Alle weiteren Geometrien sind bereits gefertigt.

Bernhard Fleischer

Kapitel 3. Projekt Kaschierrolle

In diesem sowie in dem nachfolgenden Kapitel werden Projekte mit den Werkzeugen des methodischen Konstruierens entwickelt. Die Vorgehensweise orientiert sich stringent an den dargestellten Phasen (vgl. Kap. 2.3). Die Projekte beginnen mit der Problemstellung sowie erläuternden Rahmenbedingungen.

Bernhard Fleischer

Kapitel 2. Methodisches Konstruieren

In den Anfängen technischer Entwicklung war der Erfinder meist gleichzeitig auch Erbauer seiner Produkte. Dies galt noch für die Gebrüder Wright, die am 17.12.1903 mit einer motorbetriebenen Flugmaschine für 12 Sekunden in die Luft gingen und damit zu den Begründern der Luftfahrt zählen (siehe Abb. 2.1). Sie waren Ideengeber, Entwicklungsingenieure, Konstrukteure, technischer Zeichner, Arbeitsvorbereiter, Facharbeiter und Testpiloten in Personalunion. Die „Ausbildung“ zum Ingenieur war zu dieser Zeit vor allem eine praktisch-handwerkliche. Zu einer theoriegeleiteten Wissenschaft hat sie sich weit später entwickelt.

Bernhard Fleischer

Kapitel 1. Einführung

Der Begriff Konstruktion leitet sich ab aus dem Lateinischen „constructio“ und bedeutet Zusammenfügung oder Verbindung. Er beschreibt die Abfolge, um einfache Elemente zu einem komplexen Gegenstand zusammenzusetzen. Damit bezieht er sich sowohl auf die Tätigkeiten als auch das eigentliche Ergebnis (Produkt). Ein Konstrukteur denkt dabei das Produkt zur Lösung einer technischen Problemstellung bildhaft voraus. Konstruieren bezeichnet entsprechend die Handlungen vom Vorausdenken von der Idee bis zur Realisierung. Die Schrift VDI 2223 (Verein Deutscher Ingenieure) definiert den Begriff Konstruieren zusammenfassend wie folgt: „Konstruieren ist das vorwiegend schöpferische, auf Wissen und Erfahrung gegründete und optimale Lösungen anstrebende Vorausdenken technischer Erzeugnisse, Ermitteln ihres funktionellen und strukturellen Aufbaus und Schaffen fertigungsreifer Lösungen.“

Bernhard Fleischer

Kapitel 5. Konstruktionsoptimierung

Während noch Mitte des letzten Jahrhunderts Firmen in erster Linie bestehende Marktbedürfnisse deckten (Verkäufermarkt), befi nden sich die Unternehmen aktuell in einem Käufermarkt (vgl. auch Ausführungen in Kap. 2.3.5). Es ist zunehmend wichtig, mit immer neuen Ideen immer schneller Produkte herzustellen. Unter verkürzten Produktlebenszyklen (vgl. Beispiel Abb. 5.1) stellen sich Sättigungsphasen des Marktes stetig früher ein (vgl. auch Abb. 2.29) und die Zeitspanne von der Idee bis zur Produktreife (time to market) nimmt ab; einhergehend ebenso die Gewinnphase. Dies führt in den Konstruktionsabteilungen zu zeitparallelen und überlappenden Tätigkeiten (vgl. Abb. 1.14).

Bernhard Fleischer

1. Einführung

Die „Festigkeit von Dingen“ ist etwas, was im Alltagsleben häufig Gegenstand der Betrachtung ist. Meist wird umgangssprachlich dabei der Begriff „fest“ verwendet. Beispielsweise fragen Kinder im Winter, ob das Eis „fest genug sei, um es zu betreten“. „Fest“ wird als Beschreibung der Materialeigenschaft des Eises genutzt. Die Materialeigenschaft wird in Verbindung mit einer Belastung gebracht – die Kinder wollen das Eis betreten. Und es geht um einen Schaden, beziehungsweise um die Vermeidung eines Schadens. Die Kinder wollen nicht einbrechen. Auch in technischen Zusammenhängen findet dieser Begriff häufig Verwendung. Beispielsweise kann man Autozeitschriften entnehmen, dass in Kraftfahrzeugen zunehmend hochfeste Stähle oder Faserverbundwerkstoffe eingesetzt werden, um die Fahrzeuge leichter zu gestalten und das Crashverhalten zu verbessern. Wieder geht es um eine Materialeigenschaft, die in Verbindung mit einer Belastung (dem Crashtest) steht. Und wieder soll auch ein Schaden vermieden werden: die Insassen des Fahrzeuges sollen nicht verletzt werden.Beiden Beispielen kann man entnehmen, dass die „Festigkeit“ etwas mit den Eigenschaften eines Materials, mit den Belastungen und mit der Vermeidung von Schäden zu tun haben muss.Wie die Begriffe „fest“ beziehungsweise „Festigkeit“ in der Technik definiert sind und was dabei die Aufgabe der „Festigkeitslehre“ ist, ist Inhalt des Kap. 1.

Klaus-Dieter Arndt, Holger Brüggemann, Joachim Ihme

1. Arbeitsmethoden in der Produktentwicklung

In der Produktentwicklung sind verschiedene Berufsbilder zu finden, wie z. B. Konstruktionsingenieure, Berechnungsingenieure, Versuchsingenieure, Normeningenieure oder Systemingenieure, welche sich unter dem Begriff des Ingenieurs in der Produktentwicklung zusammenfassen lassen. Je nach Berufsbild ergeben sich unterschiedliche Tätigkeiten, die mehr Synthese- oder Analyse-orientiert sein können. Ingenieure in der Produktentwicklung von heute sind Entwickler, Treiber und Gestalter im Entstehungsprozess neuer Produkte. Sie denken - unter Berücksichtigung sämtlicher Phasen des Produktlebenszyklus - neue Produkte im Unternehmen vor, entwickeln diese und erstellen einen großen Teil der Produktdokumentation. Damit beeinflussen sie in direkter Weise den Unternehmenserfolg produzierender Unternehmen, da sie den Großteil der Kosten eines Produktes festlegen und verantworten.

Gustav Niemann, Hans Winter, Bernd-Robert Höhn, Karsten Stahl

16. Schmierung, Schmierstoffe, Reibung, Verschleiß, Korrosion

Die Hauptfunktion der Schmierstoffe besteht im Allgemeinen darin, Schäden an belasteten Oberflächen, die sich relativ zueinander bewegen, zu vermeiden. Direkte Berührung der Wälzkörperoberflächen soll möglichst verhindert oder gemindert werden. Bei vollständiger Trennung der Wälzkörperoberflächen laufen derartige Paarungen nahezu verschleißfrei, sofern störende Fremdkörper vom Schmierspalt ferngehalten werden.Es werden der Wirkmechanismus der Schmierung sowie verschiedene Schmierstoffarten vorgestellt. Es werden Hinweise zur Schmierstoffauswahl über das Einlaufverfahren bis hin zur Entsorgung gegeben und Schäden an Maschinenelementen beschrieben, die aufgrund falscher Schmierung entstehen können.

Gustav Niemann, Hans Winter, Bernd-Robert Höhn, Karsten Stahl

2. Gestaltung – Formgebung

Die Hauptabmessungen eines Produkts sind oft vorgegeben oder werden mit Hilfe einer Überschlagsrechnung ermittelt. Dann folgt, häufig parallel, das Entwerfen, Gestalten und Nachrechnen. Die Regeln für die Gestaltung, d. h. die Formgebung von Maschinen und Maschinenelementen, ergeben sich aus der Forderung, die Funktionen mit einem Minimum an Kosten zu erfüllen. Im folgenden Kapitel werden allgemein gültige, übergeordnete Gesichtspunkte, Anforderungen und Maßnahmen für die Gestaltung und Formgebung in der Produktentwicklung besprochen. Es werden Aspekte des Schwingungsverhaltens, der Ergonomie bis zur recyclinggerechten Gestaltung betrachtet.

Gustav Niemann, Hans Winter, Bernd-Robert Höhn, Karsten Stahl

6. Allgemeines über Normen, Toleranzen, Passungen und Oberflächen

Im Ingenieurwesen ermöglichen Normen eine einheitliche und klare Kommunikation auf internationaler Ebene, um Anforderungen an Bauteile definieren und kontrollieren zu können. Sie dienen einer wirtschaftlichen, funktionsgerechten Produktentwicklung und Fertigung. Normen definieren unter anderem die Beschaffenheit von Formelementen und legen erlaubte Abweichungen der Maße fest.Da Bauteile nicht abweichungsfrei gefertigt werden können, muss definiert werden, welche Toleranzgrenzen die Maße eines Bauteils für eine einwandfreie Funktion aufweisen dürfen. Es müssen Passungen und die Beschaffenheit der Werkstückoberflächen vorgegeben werden. Nur so sind die anschließende Montagemöglich und eine einwandfreie Funktion garantiert. Dies hat Auswirkungen auf die möglichen und notwendigen Fertigungsschritte sowie die verwendeten Fertigungsverfahren und somit direkten Einfluss auf die Kosten.Im folgenden Kapitel werden die gängigsten Toleranzangaben, Passungen und Gestaltabweichungen vorgestellt.

Gustav Niemann, Hans Winter, Bernd-Robert Höhn, Karsten Stahl

3. Praktische Festigkeitsberechnung

Mit Hilfe der Festigkeitsberechnung werden die Spannungen und Verformungen eines Bauteils ermittelt und es wird geprüft, ob ein Versagen, d. h. Bruch, unzulässige plastische oder elastische Verformung oder Instabilität (Knicken oder Beulen), mit ausreichender Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Die Sicherheiten gegen diese Versagensgrenzen sollen aber nicht unnötig hoch sein, um den Werkstoff sinnvoll auszunutzen und um wirtschaftliche Lösungen erzielen zu können: sichere Funktion bei minimalen Kosten. Im folgenden Kapitel werden der statische und dynamische Festigkeitsnachweis auf Basis der FKM-Richtlinie (2012) detailliert beschrieben. Es werden die Besonderheiten bei der Tragfähigkeit von Kunststoffbauteilen und die Grundlagen der Betriebsfestigkeit und Bruchmechanik vorgestellt.

Gustav Niemann, Hans Winter, Bernd-Robert Höhn, Karsten Stahl

1. Einführung

Kein Kraftfahrzeug ohne Getriebe! Fahrzeuggetriebe für Pkw und Nkw sind komplexe mechatronische Serienprodukte. Aufgabe eines Fahrzeuggetriebes ist es, durch Drehmoment- und Drehzahlwandlung das Zugkraftangebot des Antriebsaggregats fahrzeug-, strecken-, fahrer- und umweltgerecht an den Antriebsrädern bereitzustellen. Das Getriebe bestimmt entscheidend Zuverlässigkeit, Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch, Emissionen, Bedienungsfreundlichkeit, Verkehrssicherheit sowie Fahr- und Transportleistung von Pkw und Nkw. Dieses Buch will den Entwicklungsprozess für Fahrzeuggetriebe in seiner Gesamtheit darstellen. Es will Gedankengänge vermitteln, die über die reine Auslegung der Bauteile hinausgehen. Aus der Vergangenheit für die Zukunft lernen! Entwicklungsingenieure sollten einen Überblick über die historische Entwicklung ihrer Produkte haben. Sie können dann abschätzen, welche Entwicklungsschritte noch möglich sind, bzw. welche Technologiehöhe die gegenwärtige Produktentwicklung aufweist. Neben einer allgemeinen Einführung zeigt dieses Kapitel die Geschichte der Fahrzeuggetriebe und gibt einen Überblick über deren Basisinnovationen und Entwicklungsschritte.

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

8. Schraubenverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

9. Bolzen-, Stiftverbindungen und Sicherungselemente

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

2. Toleranzen, Passungen, Oberflächenbeschaffenheit

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

18. Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

21. Stirnräder mit Evolvenverzahnung

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

20. Zahnräder und Zahnradgetriebe (Grundlagen)

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

19. Dichtungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

14. Wälzlager und Wälzlagerungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

13. Kupplungen und Bremsen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

12. Elemente zum Verbinden von Wellen und Naben

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

17. Kettengetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

15. Gleitlager

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

16. Riemengetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

1. Allgemeine und konstruktive Grundlagen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

11. Achsen, Wellen und Zapfen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

10. Federn

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

41. Kettengetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

40. Riemengetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

4. Tribologie

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

39. Gleitlager

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

38. Wälzlager

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

32. Schraubenverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

37. Kupplungen und Bremsen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

36. Elemente zum Verbinden von Wellen und Naben

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

35. Achsen, Wellen und Zapfen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

34. Elastische Federn

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

33. Bolzen-, Stiftverbindungen und Sicherungselemente

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

28. Tribologie

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

31. Nietverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

30. Schweißverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

3. Festigkeitsberechnung

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

29. Kleb- und Lötverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

23. Schraubrad- und Schneckengetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

22. Kegelräder und Kegelradgetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

27. Festigkeitsberechnung

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

25. Allgemeine und konstruktive Grundlagen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

26. Toleranzen, Passungen, Oberflächenbeschaffenheit

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

24. Umlaufgetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

7. Nietverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

6. Schweißverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

5. Kleb- und Lötverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

48. Umlaufgetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

47. Schraubrad- und Schneckengetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

46. Kegelräder und Kegelradgetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

45. Außenverzahnte Stirnräder

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

43. Dichtungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

44. Zahnräder und Zahnradgetriebe (Grundlagen)

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

42. Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

Erratum zu: Festigkeitsberechnung

Während der Korrekturphase wurde in Tabelle TB 3-1 a) Dauerfestigkeitsschaubilder in Teilbild a) eine korrigierte Teilabbildung eingesetzt, was eigentlich in TB 3-1 c) hätte erfolgen müssen. Es wurde deshalb jeweils Teilbild a) in TB 3-1 a) und c) durch die korrekte Version ersetzt.

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

Kapitel 4. Wälzkörperverhalten

Bei Wälzführungen erfolgt der komplette Kraftfluss zwischen den Führungspartnern über die Wälzkörper. Für eine festigkeits- und lebensdauergerechte bzw. den Genauigkeitsanforderungen entsprechende Auslegung der Wälzführung ist die Kenntnis der auftretenden Flächenpressung in Wälzkörper und Laufbahn eine wichtige Voraussetzung. Die entstehende maximale Flächenpressung ist abhängig von der Größe der Kontaktfläche und der Pressungsverteilung innerhalb der Kontaktfläche.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

Kapitel 2. Überblick zu Führungssystemen im Maschinenbau

Die Aufgabe von Führungen besteht darin, die relative Bewegung zwischen zwei Bauteilen in einem Freiheitsgrad zuzulassen, ohne dass dabei unzulässige Verschiebungen oder Verdrehungen in den anderen fünf Freiheitsgraden auftreten. Damit sind Anforderungen wie zwangfreier Lauf ohne Verkanten, geringe Reibung und niedriger Verschleiß, gutes statisches, dynamisches und thermisches Verhalten sowie niedrige Herstellungs- und Betriebskosten verbunden. Die Führung kann physisch eine eigenständige Baugruppe, also ein separat zu verbauendes Maschinenelement sein oder unmittelbar Flächen der relativ zueinander bewegten Baugruppen nutzen (Bild 2-1).

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

Kapitel 3. Anforderungen an und Auswahlkriterien für lineare Wälzführungen

Abgeleitet aus den Aufgaben einer Führung, die relative Bewegung zwischen zwei Bauteilen in einem Freiheitsgrad zuzulassen, unzulässige Verschiebungen oder Verdrehungen in den anderen fünf Freiheitsgraden zu verhindern und sowohl Kräfte als auch Momente von einem Bauteil zum anderen weiterzuleiten

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

24. Umlaufgetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

23. Schraubrad- und Schneckengetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

3. Festigkeitsberechnung

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

22. Kegelräder und Kegelradgetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

21. Stirnräder mit Evolventenverzahnung

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

19. Dichtungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

18. Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

20. Zahnräder und Zahnradgetriebe (Grundlagen)

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

2. Toleranzen und Passungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

17. Kettengetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

14. Wälzlager

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

13. Kupplungen und Bremsen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

16. Riemengetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

15. Gleitlager

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

9. Bolzen-, Stiftverbindungen, Sicherungselemente

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

12. Elemente zum Verbinden von Wellen und Naben

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

11. Achsen, Wellen und Zapfen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

7. Nietverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

6. Schweißverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

10. Elastische Federn

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

1. Allgemeine Grundlagen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

8. Schraubenverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

5. Kleb- und Lötverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

4. Tribologie

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Christian Spura

3. Reibung

Wird der Reitstock einer Drehmaschine auf dem Drehmaschinenbett verschoben, spürt man einen Widerstand. Diese bewegungshemmende Kraft ist die Reibungskraft. Solange sich die Berührungsflächen nicht gegeneinander bewegen, spricht man von Ruhe- oder Haftreibung, im anderen Fall von Gleitreibung. Dabei steht meistens einer der beiden Körper still (Reitstockverschiebung auf dem Drehmaschinenbett).

Wolfgang Böge, Alfred Böge

Kapitel 7. Maschinenbau

Die Entwicklung des Maschinenbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass durch das Zusammenwirken mechanischer, elektrischer und elektronischer Komponenten die Leistungsfähigkeit technischer Systeme erheblich gesteigert werden kann (Dubbel). Ausgehend von den klassischen mechanischen Konstruktionselementen und der heutigen Konstruktionssystematik werden mechatronische Funktionsprinzipien für Maschinenelemente und tribologische Systeme beschrieben. Eine wichtige Anwendung der Mechatronik im Maschinenbau betrifft die sensorbasierte Zustandsüberwachung (condition monitoring) der Funktionssicherheit und Strukturintegrität von Maschinen.

Horst Czichos

Kapitel 1. Einführung in die Mechanik

Worum geht es eigentlich in der Mechanik und warum heißt es “Technische Mechanik” und nicht nur “Mechanik”? Und wieso hat dieses Buch den Titel “Stereostatik”? Dies sind durchaus berechtigte Fragen beim ersten Kontakt mit diesem Fachgebiet. Daher werden wir uns zunächst mit einem Überblick der Mechanik wie auch mit einigen Grundbegriffen vertraut machen müssen.

Christian Spura

4. Technologien – Ingenieurwissen – Technische Systeme: Die Welt der Technik

Technik bezeichnet die Gesamtheit der von Menschen geschaffenen, nutzorientierten Gegenstände und Systeme sowie die zugehörige Forschung, Entwicklung, Herstellung und Anwendung. Technologie ist die Wissenschaft von der Technik.

Horst Czichos

Kapitel 4. Entwurf

In der Entwurfsphase wird eine ausgewählte und noch sehr unkonkrete Prinziplösung bezüglich ihrer Baustruktur präzisiert. Hierbei entwickelt sich in den folgenden Phasen und auf unterschiedlichen Ebenen allmählich aus einem detaillosen Erstentwurf ein detailreicher Konstruktionsentwurf des gesamten Produkts und seiner Bauteile:

Markus Hahne

Emissionsreduktion und Reibungsund Verschleißverhalten

Die steigenden ökologischen und ökonomischen Anforderungen an Tribosysteme, wie die Paarung Kolbengruppe auf Zylinderlaufbahn, erfordern eine intensive Vernetzung mehrerer Disziplinen sowie die Untersuchung auf mehreren Ebenen. Der Schwerpunkt dieser Untersuchung liegt einerseits auf der systemspezifischen, applikationsnahen Entwicklung und Analyse und andererseits auf der Komponentenentwicklung bzw. Material- und Fertigungsprozessentwicklung.

Hannes Hick, Josef Edtmayer, Simon Walch, Hans-Peter Böhm, Siegfried Lösch, Martin Jech, Thomas Wopelka

Kapitel 13. Zusammengesetzte Belastungen

In realen Bauteilen treten überweigend mehrere Belastungsarten gleichzeitig auf. Die damit verbundenen Beanspruchungen können einzeln, anhand der bisher behandelten Methoden berechnet werden. Anschließend erfolgt die Überlagerung oder auch Superposition aller Beanspruchungen.

Christian Spura

13. Anwendungsgerechte Gestaltung von Schweißkonstruktionen

Die Normenreihe DIN 18800 war seit Jahrzehnten Basis für den Stahlbau in Deutschland. Im Zuge der Harmonisierung von Rechts- und Verwaltungsvorschriften wurde im Amtsblatt der Europäischen Union vom 17.12.2010 veröffentlicht, dass EN 1090 die gültige Norm zur Ausführung und EN 1993 für die Bemessung und Konstruktion von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken wird. Es begann eine Koexistenzperiode, in der die Normen DIN 18800, DIN EN 1993 und DIN EN 1090 gleichermaßen galten. Seit 2014 sind jedoch nur noch die maßgeblichen Normen im Stahlbau gültig:

Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

12. Anforderungsgerechte Gestaltung von Schweißkonstruktionen

Die anforderungsgerechte Gestaltung ist eine branchenneutrale Gliederung allgemein gültiger Konstruktionsregeln..

Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

7. Kunststoffe schweißen

Kunststoffe, auch Polymerwerkstoffe genannt, engl. „plastics“, bestehen hauptsächlich aus synthetischen und organischen Polymeren. Organische Polymere sind umgewandelte Naturstoffe. Synthetische Polymere sind künstlich hergestellt durch:

Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

Kapitel 6. Der Syndikus Syndikus bei Unternehmungen des Maschinenbaus

Auch wenn die Begrifflichkeiten hinlänglich bekannt und geläufig sind, lohnt es sich im Hinblick auf den Arbeitstitel dieses Abschnitts sich kurz mit den Definitionen zu beschäftigen. Denn der Verfasser erlaubt sich zu behaupten, dass hier wie in keinem anderen Wirtschaftszweig die Aussage „zwei Welten treffen aufeinander“ gilt; denn es handelt sich um die Welt der Juristen einerseits und um die Welt der Techniker/Ingenieure andererseits.

Edmund Schaich

Kapitel 1. Einführung

In Kapitel 1 wird allgemein ein Überblick über die Bedeutung, die Historie und grundlegende Anforderungen an Werkzeugmaschinen gegeben. Zudem ist eine kurze Einführung in die Gliederung der Fertigungsverfahren und der Maschinenautomatisierung enthalten. Das Kapitel bietet dem Leser daher einen allgemeinen Einstieg in die Hintergründe des Werkzeugmaschinenbaus.

Christian Brecher, Manfred Weck

Kapitel 8. Einzweckmaschinen

Kapitel 8 widmet sich der Beschreibung von Einzweckmaschinen. Diese Maschinentypen sind jeweils auf die Herstellung eines bestimmten Produkts spezialisiert. So werden verzahnende Maschinen beispielsweise nur für die Herstellung von Zahnrädern eingesetzt. Aufgrund der Vielzahl an unterschiedlichen Arten von Verzahnmaschinen werden diese besonders ausführlich behandelt. Im Einzelnen werden verschiedene Typen von wälzenden und profilierenden sowie Sonder- und Umformverzahnmaschinen erläutert. Aber auch Maschinen für die Herstellung von Kurbelwellen durch Fräsen, Drehen, Schleifen oder Walzen sowie Maschinen für die Produktion von Nockenwellen und Gewindespindeln werden in diesem Kapitel behandelt.

Christian Brecher, Manfred Weck

Kapitel 3. Umformende und zerteilende Maschinen

Im Kapitel 3 erfolgt eine ausführliche Erläuterung unterschiedlicher Typen von umformenden und zerteilenden Maschinen. Hierbei werden im Bereich der umformenden Maschinen unter anderem verschiedene Arten von Pressen (z. B. Spindel-, Kurbel-, Kniehebel- oder Keilpressen etc.) sowie Maschinen für kontinuierliche Umformprozesse wie Walz-, Biege-, Zieh- und Richtmaschinen vorgestellt. Auch auf die speziellen Schutzeinrichtungen an Umformmaschinen wird eingegangen. Im Bereich der zerteilenden Maschinen werden vor allem Scheren und Schneidpressen erläutert.

Christian Brecher, Manfred Weck

Freigabe von komplexen Systemen – Test, Simulation oder beides?

Die Frage, ob Systeme durch Simulation oder Test freizugeben sind, ist uralt und besitzt eine emotionale Komponente, die durchaus von der „Herkunft“, sprich der Ausbildung und Ausrichtung des Betrachters abhängig ist und daher das Potential aufwirft, besonders hitzig und kontrovers diskutiert zu werden. Als interessant ist sicherlich auch die Beobachtung zu werten, dass es in dieser Frage durchaus zu branchentypischen Ansätzen kommt, die zu beleuchten durchaus spannend sein kann. In diesem Beitrag wird die Flugtriebwerksentwicklung beleuchtet, deren Bauteile besonders teuer sind und bei der der Simulation ein hoher Stellenwert eingeräumt wird.

Adrian Rienäcker

5. Windkraftanlagen

Neben der Sonnenenergie bietet sich zur nachhaltigen Energieerzeugung auch der Wind an. Eine Windkraftanlage wandelt die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie um. Dies geschieht, indem die Bewegungsenergie der Windströmung auf die Rotorblätter wirkt und sie somit den Rotor in eine Drehbewegung versetzt [5-1].

Hartmut Frey

5. Konzipieren

Nach dem Klären der Aufgabenstellung und dem Aufstellen der Anforderungsliste erfolgt die prinzipielle Festlegung des Lösungsweges. In der Regel empfiehlt es sich, nicht nur einen Weg zu suchen, sondern sich zunächst mehrere Möglichkeiten offen zu halten.Zunächst wird eine Funktionenstruktur aufgestellt, sie kann als hierarchische Struktur oder mithilfe der FAST-Methode ermittelt werden. In der neueren Literatur wird auch die METUS-Raute beschrieben, die einen sehr pragmatischen Weg weist und eine Kombination aus der Funktionenstruktur und der Produkt- oder Baustruktur darstellt. Zur Erleichterung dieses Vorgangs bedient man sich am besten der Abstraktion, die das Auffinden mehrerer Varianten zu jedem Strukturelement unterstützt. Um die Entscheidung über das weitere Vorgehen zu erleichtern, empfiehlt es sich mittels eines Bewertungsverfahrens eine Reihenfolge der Konzepte zu ermitteln.

Paul Naefe

1. Einführung

Nach der Definition des Begriffs „Konstruktion“ erfolgt ein kurzer Überblick über die historische Entwicklung der Konstruktionslehre bis zur Konstruktionsmethodik und deren Ziele. Da unter Konstruktion nicht nur die Tätigkeit, sondern auch die Organisationseinheit im Unternehmen verstanden wird, erfolgt eine Erläuterung über deren Einordnung in die Aufbau- und Informationsorganisation. Es wird in diesem Zusammenhang auf die Bedeutung der Teamarbeit kurz eingegangen, die sich als effizienteste Arbeitsweise inzwischen etabliert hat. Am Ende des Kapitels wird auf die Bedeutung der integrierten Produktentwicklung und ihre Elemente und Methoden eingegangen und es erfolgt ein Hinweis auf die Unterstützung der Konstruktionsmethodik durch Normen und Verbände

Paul Naefe

2. Mechanik fester Körper

Die Kinematik beschreibt den Ablauf von Bewegungen, ohne auf deren Ursachen einzugehen. Zur Beschreibung einer Bewegung werden die Begriffe der Geschwindigkeit v un der Beschleunigung a eingeführt. Drehbewegungen werden durch die Winkelgeschwindigkeit ω und die Winkelbeschleunigung α beschrieben. In der Dynamik werden die Ursachen der Bewegung untersucht. Die wichtigsten Begriffe sind Masse m, Kraft F, Impuls p, Energie W, Leistung P, Drehmoment M und Drehimpuls L. Es werden die Erhaltungssätze und wichtige praktische Anwendungen in Naturwissenschaft und Technik beschrieben. Zahlreiche Übungsaufgaben und Fragen dienen zur Verstehen, Wiederholen und Vertiefen des Lernstoffes.

Jürgen Eichler, Andreas Modler
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