Alfred Böge (Hrsg.)

HandbuchMaschinenbauGrundlagen und Anwendungender Maschinenbau-Technik

20., überarbeitete und aktualisierte Auflage

Mit 1952 Abbildungen und 412 Tabellen

11VIEWEG+TEUBNER

VII

Inhaltsverzeichnis

A Mathematik

1 Grundlagen................................................................................................................... I

1.1 Mengen I1.2 Aussageformen und logische Zeichen I1.3 Indizes, Summenzeichen, Produktzeichen 21.4 Einteilung der Zahlen 21.5 Komplexe Zahlen 31.6 Matrizen und Determinanten 8

2 Funktionen 13

2.1 Definition und Darstellungen von Funktionen 132.2 Verhalten von Funktionen 142.3 Einteilung der elementaren Funktionen 162.4 Ganze rationale Funktionen 182.5 Gebrochene rationale Funktionen 212.6 Irrationale Funktionen 242.7 Transzendente Funktionen 25

3 Trigonometrie... 27

3.1 Defmition der trigonometrischen Funktionen 273.2 Trigonometrische Funktionen für beliebige Winkel............................................ 273.3 Beziehungen für den gleichen Winkel 283.4 Graphen der trigonometrischen Funktionen 293.5 Sinussatz und Kosinussatz 303.6 Arkusfunktionen 30

4 Analytische Geometrie 32

4.1 Koordinatensysteme 324.2 Geraden 344.3 Kreise 364.4 Kugeln 374.5 Kegelschnitte 384.6 Vektoren 43

5 Differenzial- und Integralrechnung 47

5.1 Folgen 475.2 Reihen 505.3 Grenzwerte von Funktionen 525.4 Ableitung einer Funktion 555.5 Integralrechnung 62

VIII Inhaltsverzeichnis

B Naturwissenschaftliche Grundlagen

BI Physik

I Physikalische Größen und und Größenarten 12 Basisgrößen und abgeleitete Größen 23 Größengleichungen 24 Dimension einer Größe 35 Einheiten........................................................................................................................ 46 Basiseinheiten, abgeleitete Einheiten, kohärente Einheiten, Hilfs- oder

Sondereinheiten 47 Das Meter ist die Basiseinheit der Basisgröße Länge 58 Das Kilogramm ist die Basiseinheit der Basisgröße Masse 69 Die Sekunde ist die Basiseinheit der Basisgröße Zeit 610 Krafteinheit Newton 611 Arbeits- und Energieeinheit Joule 712 Skalare und Vektoren 713 Geschwindigkeit............................................................................................................. 814 Beschleunigung 915 Masse 1016 Dichte 1117 Gewichtskraft 1118 Statisches Gleichgewicht 1219 Dynamisches Gleichgewicht .. 14

B2 Chemie

1 Stoffe 21

2 Aufbau der Materie 21

2.1 Atomaufbau und atomare Konstanten 212.2 Elementsymbole und Atommassen 212.3 Radioaktivität und Kernchemie 22

3 Periodensystem der Elemente (PSE) 22

3.1 Atommodelle und Quantenzahlen 223.2 Aufbau des Periodensystems 233.3 Elektronenkonfiguration 243.4 Periodische Eigenschaften der Elemente 25

4 Chemische Bindung 27

4.1 Ionenbindung (Salze) 284.2 Atombindung (Moleküle) 294.3 Metallbindung (Metalle und Legierungen) 314.4 Koordinationsverbindungen ("Komplexe") 314.5 Zwischenmolekulare Kräfte 33

Inhaltsverzeichnis IX

5 Chemische Reaktionen 33

5.1 Stöchiometrie 335.2 Thermochemie 345.3 Chemisches Gleichgewicht 345.4 Katalyse 355.5 Chemische Reaktionen 35

6 Säuren und Basen 36

6.1 Definitionen und Eigenschaften 366.2 Benennung von Säuren und Salzen 366.3 Beispiele für Säuren und Basen 366.4 Luftschadstoffe und saurer Regen 376.5 Bauchemie und Wasserhärte 376.6 Verbrennungsvorgänge 376.7 Anorganische Basen 376.8 Stärke von Säuren und Basen 376.9 Neutralisation und Hydrolyse 386.10 Konzentrationsmaße 39

7 Fällungen und Wasserhärte 39

7.1 Löslichkeitsprodukt 397.2 Wasserhärte 407.3 Wasserreinigung 407.4 Kennwerte der Wasserqualität 407.5 Trinkwasseraufbereitung 40

8 Elektrochemie 41

8.1 Oxidation und Reduktion 418.2 Elektrochemische Zellen 418.3 Normalpotential 418.4 Galvanische Elemente und Korrosion 428.5 Batterien und Akkumulatoren 438.6 Brennstoffzellen 448.7 Elektrolyse 458.8 Metallgewinnung 458.9 Galvanotechnik 46

9 Organische Chemie 46

9.1 Kohlenwasserstoffe 469.2 Stoffklassen 46

X Inhaltsverzeichnis

C Mechanik

1 Statik starrer Körper in der Ebene .

1.1 Grundlagen .1.2 Zusammensetzen, Zerlegen und Gleichgewicht von Kräften in der Ebene ..1.3 Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) .1.4 Guldin'sche Regeln .1.5 Standsicherheit, Gleichgewichtslagen ..1.6 Statik der ebenen Fachwerke .1.7 Reibung .

2 Dynamik .

2.1 Bewegungslehre (Kinematik) .2.2 Mechanische Arbeit Wund Leistung P, Wirkungsgrad 1], Übersetzung i .2.3 Dynamik der Verschiebebewegung (Translation) des starren Körpers .2.4 Dynamik der Drehung (Rotation) des starren Körpers .2.5 Gegenüberstellung der Gesetze für Drehung und Schiebung .2.6 Gerader zentrischer Stoß ..

3 Statik der Flüssigkeiten (Hydrostatik) ..

3.1 Eigenschaften der Flüssigkeiten und Gase .3.2 Hydrostatischer Druck (Flüssigkeitsdruck, hydraulische Pressung) ..3.3 Druck-Ausbreitungsgesetz ..3.4 Anwendung des Druck-Ausbreitungsgesetzes ..3.5 Hydraulische Kraftübertragung ..3.6 Druckverteilung durch Gewichtskraft der Flüssigkeit .3.7 Hydrostatische Kräfte gegen ebene Wände offener Gefäße .3.8 Auftrieb .3.9 Schwimmen .3.10 Gleichgewichtslagen schwimmender Körper ..

4 Hydrodynamik; Eindimensionale stationäre inkompressible Strömung ..

4.1 Einführung ..4.2 Stromlinie, Bahnlinie, Stromfaden und Stromröhre ..4.3 Kontinuitätsgleichung für die eindimensionale Strömung (Stromfadenströmung) ..4.4 Bemoulligleichung ..4.5 Impulssatz ..4.6 Eindimensionale inkompressible reibungsbehaftete Strömung ..4.7 Ähnlichkeitsgesetze der Strömungsmechanik .4.8 Strömungswiderstand umströmter Körper .4.9 Düsen- und Diffusorströmung .4.10 Grenzschicht .4.11 Strömungstechnische Messtechnik ..4.12 Numerische Berechnung instationärer Strömungen .

I

26

II16171923

36

374953596768

74

75757575767778787979

81

8282828384859699

100101102106

Inhaltsverzeichnis XI

5 Gasdynamik; Eindimensionale kompressible stationäre Strömung 108

5.1 Einführung........................................................................................................... I 085.2 Schallgeschwindigkeit und Schallausbreitung 1085.3 Energiegleichung der kompressiblen eindimensionalen Strömung;

Bernoulligleichung der kompressiblen Strömung III5.4 Ruhegrößen und kritischer Zustand 1135.5 Das Geschwindigkeitsdiagramm der Energiegleichung 1145.6 Die Durchflussfunktion 1155.7 Isentrope Strömung in Düsen und Blenden 1165.8 Beschleunigte kompressible Strömung 1175.9 Verdichtungsstoß 126

1 Allgemeines................................................................................................................... 3

1.1 Aufgaben der Festigkeitslehre 31.2 Schnittverfahren 31.3 Spannung.................................................... 51.4 Formänderung 61.5 Hooke'sches Gesetz (Elastizitätsgesetz) 61.6 Die Grundbeanspruchungsarten 71.7 Zusammengesetzte Beanspruchung 81.8 Festigkeit 81.9 Zulässige Spannung und Sicherheit 13

2 Die einzelnen Beanspruchungsarten 16

2.1 Zug und Druck .. 162.2 Biegung 202.3 Knickung............................................................................................................. 562.4 Abscheren 642.5 Torsion (Verdrehung) 662.6 Flächenpressung 70

3 Zusammengesetzte Beanspruchungen 73

3.1 Gleichzeitiges Auftreten mehrerer Normalspannungen 733.2 Gleichzeitiges Auftreten mehrerer Schubspannungen 753.3 Gleichzeitiges Auftreten von Normal- und Schubspannungen 76

4 Beanspruchung bei Berührung zweier Körper 80

4.1 Voraussetzungen 804.2 Bedeutung der Formelzeichen 804.3 Berechnungsgleichungen 80

XII Inhaltsverzeichnis

E Werkstofftechnik

Grundlagen 2

1.1 Allgemeines......................................................................................................... 2

2 Metallkundliehe Grundlagen 4

2.1 Struktur der Metalle und Legierungen 42.2 Eigenschaften und Verhalten der Metallgitter 62.3 Verhalten bei höheren Temperaturen 82.4 Zweistofflegierungen (binäre Legierungen) 92.5 Kristall- und Gefiigeveränderungen 13

3 Eisen und Stahl 14

3.1 Stahlerzeugung 143.2 Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm 163.3 Stahlsorten 203.4 Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoffe 313.5 Die Wärmebehandlung der Stähle, Stoffeigenschaft ändern 35

4 Nichteisenmetalle 43

4.\ Bezeichnung der NE-Metalle 434.2 Aluminium und Al-Legierungen 434.3 Kupfer 464.4 Titan 504.5 Magnesium 504.6 Nickel 514.7 Blei 514.8 Zink 524.9 Zinn 52

5 Kunststoffe (Polymere) 52

5.1 Herstellungsweg und wichtige Begriffe 525.2 Struktur der Polymere 535.3 Duroplastische Kunststoffe 555.4 Thermoplastische Kunststoffe 575.5 Elastomere 61

6 Werkstoffe besonderer Herstellungsart oder Verarbeitung 64

6.1 Pulvermetallurgie 646.2 Keramische Werkstoffe 656.3 Verbundwerkstoffe 676.4 Druckgusswerkstoffe 69

Inhaltsverzeichnis XIII

7 Oberflächenbeanspruchung durch Korrosion, Verschleiß und Schutz-maßnahmen 70

7.1 Korrosion 707.2 Tribologie 717.3 Verschleiß 737.4 Lager- und Gleitwerkstoffe 747.5 Beschichtungen und Schichtwerkstoffe 75

8 Prüfung metallischer Werkstoffe 77

8.1 Prüfung der Härte 778.2 Zugversuch 808.3 Kerbschlagbiegeversuch 818.4 Prüfung der Festigkeit bei höheren Temperaturen 828.5 Untersuchung von Verarbeitungseigenschaften 828.6 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung 82

F Thermodynamik

1 Grundbegriffe .

1.1 Temperatur .1.2 Druck .1.3 Volumen .104 Spezifische Wärmekapazität .1.5 Wärmeausdehnung .1.6 Aggregatzustände .

2 Wärme und Arbeit .

2.1 Thermodynamisches System .2.2 Innere Energie .2.3 Wärme .2.4 Arbeit .2.5 Dissipationsenergie .2.6 Erster Hauptsatz .2.7 Kreisprozesse .2.8 Thermischer Wirkungsgrad .2.9 Zweiter Hauptsatz .2.10 Entropie .2.11 Exergie und Anergie .

3 Zustandsänderungen idealer Gase .

3.1 Thermische Zustandsgleichung ..3.2 Zustandsänderungen .3.3 Isochore Zustandsänderung .3.4 Isobare Zustandsänderung .

2

22359

12

14

1414141516171718181819

20

20212123

XIV Inhaltsverzeichnis

3.5 Isotherme Zustandsänderung 243.6 Isentrope Zustandsänderung 253.7 Polytrope Zustandsänderung 273.8 Camot-Prozess 293.9 Drosselung 303.10 Gasmischungen 30

4 Wärmeübertragung 32

4.1 Allgemeines 324.2 WärmeIeitung 324.3 Wärmeübergang(Wärmekonvektion) 334.4 Wärmedurchgang 344.5 Wärmestrahlung 37

G Elektrotechnik

1 Grundlagen.......... 3

1.1 Elektrischer Stromkreis 31.2 Leistung, Arbeit, Energieumrechnungen 81.3 Grundschaltungen der Praxis 91.4 Magnetismus.......................................................................... 121.5 Induktion und Kraftwirkung im Magnetfeld 161.6 Elektrisches Feld 191.7 Wechselstrom 241.8 Drehstrom (Dreiphasenwechselstrom) 30

2 Anwendungen 31

2.1 Verteilung der elektrischen Energie 312.2 Elektrischer Unfall und Schutzmaßnahmen 342.3 Transformatoren 362.4 Drehstrommaschine als Motor 392.5 Einphasen-Wechselstrommotoren 422.6 Wechselwirkung zwischen Elektromotor und Arbeitsmaschine 432.7 Stromrichter 462.8 Sondererscheinungen der Elektrizität 482.9 Elektrische Messgeräte 492.10 Elektrische Messungen 51

Inhaltsverzeichnis xv

1 Einleitung I

1.1 Begriffsbildung I1.2 Mechatroniker I1.3 Mechatronische Systeme 31.4 Unterschiede zwischen Maschinenbau, Elektrotechnik und Mechatronik 5

2 Modellbildung und Simulation 8

2.1 Verfahren der Modellbildung 92.2 Unterschiedliche Modelltypen von technischen Systemen 162.3 Modelle mechanischer Systeme........................................... 222.4 Modelle elektrischer Systeme 252.5 Simulation 26

3 Industrieroboter als mechatronisches System 29

3.1 Sensorkorrektur von Bewegungsdaten 303.2 Nachführen eines Roboterarms an einer Freiformfläche 30

I Ma$chineneleme"'ti

1 Einführung in die Konstruktionsmethodik .

1.1 Einordnung des konstruktiven Entwicklungsprozesses in denProduktlebenszyklus I

1.2 Grundlagen 31.3 Phasen des Entwicklungs- und Konstruktionsprozesses 101.4 Gestaltungshinweise zu bestimmten Forderungen 151.5 CAD in der Praxis 19

2 Normzahlen, Toleranzen, Passungen 32

2.1 Normzahlen 322.2 ISO-Passungen 322.3 MaßtoIeranzen 342.4 Eintragen von Toleranzen in Zeichnungen 352.5 Verwendungsbeispiele für Passungen 35

3 Praktische Festigkeitsberechnungen im Maschinenbau 41

4 Klebverbindungen 41

4.1 Allgemeines 414.2 Klebstoffe 414.3 Herstellung der Klebverbindung 42

XVI Inhaltsverzeichnis

4.4 Berechnung 434.5 Gestaltungshinweise 44

5 Schweißverbindungen 44

5.1 Grundsätze........................................................................................................... 445.2 Berechnung von Schweißverbindungen 485.3 Berechnungsbeispiele 54

6 Nietverbindungen 57

6.1 Allgemeines 576.2 Nietformen 576.3 Nietwerkstoffe 576.4 Herstellen der Nietverbindungen 576.5 Verbindungsarten, Schnittigkeit 586.6 Nietverbindungen im Stahlbau 58

7 Schraubenverbindungen 62

7.1 Allgemeines 627.2 Gewinde 627.3 Schrauben und Muttern 637.4 Schraubensicherungen 647.5 Scheiben 657.6 Berechnung von Befestigungsschrauben 657.7 Berechnung der Bewegungsschrauben 80

8 Bolzen, Stiftverbindungen, Sicherungselemente 86

8.1 Allgemeines 868.2 Bolzen 868.3 Stifte 868.4 Bolzensicherungen 878.5 Gestaltung der Bolzen- und Stiftverbindungen 88

9 Federn 89

9.1 Allgemeines 899.2 Kenngrößen an Federn 899.3 Federwerkstoffe 929.4 Zug- und druckbeanspruchte Metallfedern 929.5 Biegebeanspruchte Metallfedern 929.6 Drehbeanspruchte Metallfedern 103

10 Achsen, Wellen und Zapfen 109

10.1 Allgemeines 10910.2 Werkstoffe, Normen 10910.3 Berechnung der Achsen 10910.4 Berechnung der Wellen 10910.5 Auszuführende Achsen- und Wellendurchmesser 111

Inhaltsverzeichnis XVII

10.6 Berechnung der Zapfen 11110.7 Gestaltung 11110.8 Tragfähigkeit für Wellen und Achsen 115

11 Nabenverbindungen 119

11 .1 Übersicht 11911.2 Zylindrische Pressverbände 12211.3 Kegelige Pressverbände (Kegelsitzverbindungen) 12811.4 Klemmsitzverbindungen 13111.5 Keilsitzverbindungen 13211.6 Ringfederspannverbindungen 13211.7 Längsstiftverbindung 13411.8 Querstiftverbindung 13411.9 Passfederverbindungen (Nachrechnung) 13611.10 Keilwellenverbindung 137

12 Kupplungen 137

12.1 Allgemeines......................................................................................................... 13712.2 Feste Kupplungen 13812.3 Bewegliche, unelastische Kupplungen 13912.4 Elastische Kupplungen 13912.5 Schaltkupplungen 141

13 Lager 143

13.1 Allgemeines......................................................................................................... 14313.2 Wälzlager............................................................................................................. 14313.3 Gleitlager 164

14 Zahnräder 179

14.1 Allgemeines 17914.2 Verzahnungsgesetz 17914.3 Begriffe, allgemeine Verzahnungsmaße 18014.4 Verzahnungsarten 18114.5 Geradstirnräder 18914.6 Schrägstimräder 19314.7 Kegelräder 19614.8 Schneckengetriebe 19914.9 Gestaltung der Zahnräder aus Metall 20314.10 Schmierung der Zahnradgetriebe 20414.11 Zahnräder aus Kunststoff 204

XVIII Inhaltsverzeichnis

K Fördertechnik

1 Überblick über das Gesamtgebiet der Fördertechnik 2

1.1 Begriffsbestimmungen......................................................................................... 21.2 Besonderheiten der Fördertechnik 31.3 Einteilung der Fördermittel 31.4 Transportarbeit, Transportleistung 3

2 Die Baukastensystematik in der Fördertechnik 4

2.1 Begriffsbestimmungen 42.2 Nutzen des Baukastenprinzips für die Betreiber und Hersteller förder-

technischer Anlagen 52.3 Komponenten der Fördertechnik 5

3 Bauelemente der Fördertechnik 5

3.1 Bauelemente der Seiltriebe 63.2 Bauelemente für Kettentriebe 143.3 Lastaufnahmeeinrichtungen und Ladehilfsmittel 16

4 Antriebe......................................................................................................................... 21

4.1 Handantrieb 214.2 Elektrische Antriebe 224.3 Pneumatische Antriebe 234.4 Hydrostatische Antriebe 234.5 Dampfmaschinen, Verbrennungsmotoren, Hybridmotoren 23

5 Steuerungen in der Fördertechnik 24

5.1 Ablaufsteuerungen 245.2 Mikroprozessorsteuerungen 25

6 Bremsen und Rücklaufsperren 27

6.1 Reibungsbremsen 276.2 Rücklaufsperren 30

7 Hebezeuge..................................................................................................................... 31

7.1 Handhebezeuge 317.2 Elektroseilzüge 337.3 Seilwinden für den Forsteinsatz 33

8 Krane und Hängebahnen 37

8.1 Berechnung nach DIN 15018 378.2 Kranbauformen 408.3 Laufkrane 408.4 Konsolkrane, Säulendrehkrane, Wandschwenkkrane 408.5 Hängekrane, Hängebahnen 41

Inhaltsverzeichnis XIX

8.6 Portalkrane 428.7 Fahrzeugkrane 428.8 Verladeanlagen und Hafenkrane 438.9 Stapelkrane und Regalförderzeuge 45

9 Stetigförderer............................................................................................................... 49

9.1 Definition, Einteilung, Hauptanwendungen 499.2 Gurtförderer 499.3 Gliederbandförderer 529.3 Becherwerke 549.4 Schaufelradlader 559.5 Rutschförderer 569.6 Pneumatische Förderanlagen 58

10 Stetigförderer für Stückgut 64

10.1 Rollenförderer 6410.2 Kreisförderer 6410.3 Zielsteuerungen für Stückgutfördersysteme 67

11 Flurförderzeuge _................................................................... 69

11.1 Flurförderer ohne Lastaufuahmeeinrichtung 6911.2 Flurförderer mit eigener Lastaufuahmeeinrichtung 7011.3 Automatisch gesteuerte Flurförderer 7111.4 Flurförderzeuge im Untertagebergbau 72

1 Dampfturbinen............................................................................................................. 2

1.1 Erzeugung der kinetischen Energie .. 21.2 Nutzung der kinetischen Energie _... 41.3 Geschwindigkeitsstufung (Curtisrad) 71.4 Druckstufung (Zoellyturbine) 101.5 Überdruckstufung 121.6 Labyrinthdichtung.......................................................................... 121.7 Regelung 131.8 Radialturbinen 131.9 Turbinenanlagen 13

2 Wasserturbinen 14

2.1 Stauanlagen 142.2 Durchfluss, Höhenwerte 152.3 Freistrahlturbinen 152.4 Francisturbinen 192.5 Kaplanturbinen 22

xx Inhaltsverzeichnis

2.6 Spezifische Drehzahl 242.7 Kavitation 24

3 Windkraftanlagen 25

3.1 Nutzung der kinetischen Energie 253.2 Aufbau einer Windkraftanlage 253.3 Getriebe und Generator 26

4 Pumpen 27

4.1 Fördermenge, Förderhöhe 274.2 Pumpenleistung und Wirkungsgrad 274.3 Kolbenpumpen 284.4 Kreiselpumpen 334.5 Vergleich zwischen Kolben- und Kreiselpumpen 38

5 Verdichter 39

5.1 Mehrstufige Verdichtung und Kühlung 395.2 Verdichterleistung und Wirkungsgrad 405.3 Kolbenverdichter 405.4 Kreiselverdichter (Turboverdichter) 43

6 Verbrennungsmotoren 47

6.1 Grundlagen 476.2 Bauteile der Verbrennungsmotoren 536.3 Gemischbildung bei Ottomotoren 666.4 Gemischbildung bei Dieselmotoren 726.5 Maßnahmen zur Verminderung der Abgasschadstoffe bei Verbrennungsmotoren 826.6 Zweitaktmotoren 856.7 Motorschmierung 876.8 Motorkühlung 916.9 Aufladung von Verbrennungsmotoren 936.10 Alternative Verbrennungsmotoren 96

M Spanlose Fertigung

1 Urformen 1

1.1 Gießverfahren I1.2 Modelle und Kokillen 11.3 Formerei 31.4 Herstellung der Schmelze 41.5 Strangguss 71.6 Schleuderguss 91.7 Druckguss I01.8 Feinguss (Schalenformverfahren) 11

Inhaltsverzeichnis

2 Trennen und Umformen

2.1 Trennverfahren .2.2 Umformverfahren .2.3 Stahlbleche und ihre Verarbeitung .

3 Verbindende Verfahren .

3.1 Schweißen .3.2 Thermisches und nichtthermisches Schneiden ..3.3 Löten .

N Zerspantethnik

XXI

12

122036

39

395155

1 Drehen und Grundbegriffe der Zerspantechnik I

1.1 Bewegungen................................... \1.2 Zerspangeometrie 21.3 Kräfte und Leistungen 61.4 Wahl der Schnittgeschwindigkeit 91.5 Berechnung der Hauptnutzungszeit II

2 Hobeln und Stoßen 12

2.1 Bewegungen 122.2 Zerspangeometrie 122.3 Kräfte und Leistungen 122.4 Wahl der Schnittgeschwindigkeit 122.5 Berechnung der Hauptnutzungszeit th 14

3 Räumen 15

3.\ Bewegungen 153.2 Zerspangeometrie 153.3 Schnittkraft (Räumkraft) 163.4 Wahl der Schnittgeschwindigkeit 163.5 Berechnung der Hauptnutzungszeit th................................................................... 16

4 Fräsen 17

4.1 Bewegungen 174.2 Zerspangeometrie 184.3 Kräfte und Leistungen 204.4 Wahl der Schnittgeschwindigkeit und Grundregeln für Fräsen 224.5 Berechnung der Hauptnutzungszeit th 24

5 Bohren 26

5.1 Bewegungen.... 265.2 Zerspangeometrie 26

XXII Inhaltsverzeichnis

5.3 Kräfte und Leistungen 275.4 Wahl von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub 285.5 Berechnung der Hauptnutzungszeit th (Maschinenlaufzeit) 28

6 Schleifen 33

6.1 Bewegungen 336.2 Zerspangeometrie 336.3 Schleifkraft und Schleifleistung 336.4 Wahl von Geschwindigkeit, Vorschub und Zustellung 346.5 Oberflächen-Rautiefen 346.6 Berechnung der Hauptnutzungszeit th (Maschinenlaufzeit) 35

7 Hartbearbeitungen durch Drehen, Bohren und Fräsen 36

7.1 Anwendungen 367.2 Schneidstoffe 377.3 Bauteilbelastungen 387.4 Spanformen 397.5 Randbedingungen und Einstellgrößen beim Hartdrehen 397.6 Anforderungen an eine Hartbearbeitungsmaschine 39

o Werkzeugmaschinen

1 Grundlagen................................................................................................................... 1

1.1 Definition............................................................................................................. 11.2 Gebrauchswertparameter einer Werkzeugmaschine I1.3 Kenngrößen und Kennlinien von Werkzeugmaschinen 3

2 Baugruppen von Werkzeugmaschinen 4

2.1 Arbeitsspindeln (Hauptspindeln) und ihre Lagerungen 42.2 Hauptantriebe 132.3 Vorschub- und Stellantriebe 212.4 Geradfiihrungen an Werkzeugmaschinen 342.5 Gestelle von Werkzeugmaschinen 462.6 Werkzeug- und Werkstückspanner 54

3 Steuerungs- und Automatisierungstechnik an Werkzeugmaschinen 58

3.1 Baugruppen und Aufgaben 583.2 Konventionelle Steuerungstechnik an Werkzeugmaschinen 583.3 Numerische Steuerungen 613.4 Die numerische Achse 63

Inhaltsverzeichnis XXIII

4 Entwicklung der Werkzeugmaschine zum Komplettbearbeitungszentrum 68

4.1 Weichbearbeitung von Teilen mit überwiegend runder Gestalt 684.2 Hartbearbeitung von Teilen mit überwiegend runder Gestalt 724.3 Bearbeitung von Teilen mit prismatischer Gestalt 76

5 Werkzeugmaschinen zur Herstellung von Verzahnungen 80

5.1 Grundlagen der spanenden Verzahnungsherstellung 805.2 Verzahnmaschinen mit geometrisch bestimmten Schneiden zur Bearbeitung

von Zylinderrädem und Zylinderschnecken 815.3 Verzahnmaschinen mit geometrisch unbestimmten Schneiden zur Bearbeitung

von Zylinderrädem und Zylinderschnecken 865.4 Verzahnmaschinen zur Kegelradherstellung 89

6 Werkzeugmaschinen zur Feinstbearbeitung 91

6.1 Definition der Feinstbearbeitung 916.2 Spanende Feinstbearbeitungsmaschinen für Werkzeuge mit geometrisch

bestimmter Schneide 916.3 Spanende Feinstbearbeitungsmaschinen für Werkzeuge mit geometrisch

unbestimmter Schneide 926.4 Umformende Feinstbearbeitungswerkzeuge 99

7 Umformende und schneidende Werkzeugmaschinen (Auswahl) \00

7.1 Maschineneinteilung 1007.2 Werkzeugmaschinen zum Massivumformen 1007.3 Werkzeugmaschinen zur Blechbearbeitung 107

P Programmierung vQn. WerkZeugmaschinen

Einleitung ..

1 Geometrische Grundlagen für die Programmierung 5

1.1 Koordinatensystem.............................................................................................. 51.2 Lage der Achsrichtungen 51.3 Bezugspunkte im Arbeitsbereich einer CNC-Werkzeugmaschine 61.4 Bezugspunktverschiebung 61.5 Zeichnerische Grundlagen für die Programmierung 8

2 Steuerungsarten und Interpolationsmöglichkeiten 10

2.1 Punktsteuerungsverhalten 102.2 Streckensteuerung 102.3 Bahnsteuerung ll2.4 Interpolationsarten 122.5 Ebenenauswahl 16

XXIV Inhaltsverzeichnis

3 Manuelles Programmieren 17

3.1 Kurzbeschreibung 173.2 Aufbau eines CNC-Programms 173.3 Gliederung eines CNC-Programms 173.4 Satzaufbau 183.5 Kreisprogrammierung beim Drehen und Fräsen 233.6 Werkzeugkorrekturen beim Drehen und Fräsen 253.7 Programmierbeispiel 293.8 Besondere Programmierfunktionen für das Bohren, Fräsen und Drehen 36

Q Steuerungstechnik

1 Steuerungstechnische Grundlagen 1

1.1 Grundbegriffe der Steuerungstechnik 11.2 Unterscheidungsmerkmale für Steuerungen 31.3 Grafische Darstellung von Steuerungsabläufen 4

2 Signalverarbeitung in Steuerungen 9

2.1 Signalarten 92.2 Zahlensysteme und Codes 102.3 Logische Grundverknüpfung binärer Signale lI2.4 Grundlagen und Anwendung der Schaltalgebra 132.5 Das Karnaugh-Veitch-Diagramm 162.6 Die Speicherfunktion 172.7 Zeitelemente und Zähler in Steuerungen 20

3 Steuerungsmittel 22

3.1 Mechanische Steuerungen und Speicher 223.2 Elektrische Steuerungen 243.3 Fluidische Steuerungen 30

4 Speicherprogrammierbare Steuerungen 39

4.1 Das Automatisierungssystem 394.2 Grundlagen der Programmierung nach IEC 61131-3 424.3 Bibliotheksfähige Programmbausteine 484.4 Ablaufsteuerungen 534.5 Analoge Signale in digitalen Steuerungen 624.6 Busankopplung der speicherprogrammierbaren Steuerung 69

5 Sicherheitsanforderungen an Steuerungen 73

Inhaltsverzeichnis

R Regelungstechnik

xxv

1 Grundlagen I

1.1 Grundbegriffe...................................................................................................... I1.2 Grafische Darstellung von Regelkreisen mithilfe des Wirkungsplans 41.3 Beschreibung des Verhaltens von Regelkreisgliedern 7

2 Regelstrecken I0

2.1 Einteilung der Strecken l l2.2 Regelstrecken mit Ausgleich (P-Strecken) 122.3 Regelstrecken ohne Ausgleich (I-Strecken) 142.4 Regelstrecken mit Verzögerung (PTn-Strecken) 152.5 Regelstrecken mit Totzeit (Tj-Strecken] 18

3 Regler 21

3.1 Einteilung der Regler 213.2 Unstetige Regler am Beispiel des Zweipunktreglers 213.3 Stetige Regler 223.4 Quasistetige Regler 31

4 Zusammenwirken zwischen Regler und Strecke 32

4.1 Beurteilungskriterien 324.2 Regelung mit stetigen Reglern 334.3 Regelung mit Zweipunktreglern 384.4 Regelung mit einer SPS 40

5 Fuzzy-Regelung 41

5.1 Fuzzy-Mengen 415.2 Fuzzifizierung 435.3 Regelwerk und lnferenz 445.4 Defuzzifizierung 47

S Betriebswirtschaft

Teil A: Betriebswirtschaftliche Grundlagen

1 Aufgaben und Zielsetzungen I

1.1 Anwendungsgebiete der Betriebswirtschaft im technischen Umfeld I1.2 Hauptaufgaben 11.3 Betriebswirtschaftliche Ziele und Erfolgsfaktoren 11.4 Kennzahlen.......................................................................................................... 21.5 Wertschöpfungskette des Unternehmens 2

XXVI Inhaltsverzeichnis

2 Unternehmensplanung und Unternehmensorganisation 3

2.1 Unternehmensstrategie 32.2 Die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens im Markt 42.3 Die Aufbauorganisation des Unternehmens 52.4 Prozessorganisation .. 72.5 Führungsorganisation 72.6 Projektmanagement 8

3 Finanzierung 9

3.1 Aufgaben der Finanzierung 93.2 Finanzierungsarten 103.3 Finanzkennzahlen 10

4 Industrielle Kosten- und Wirtschaftlichkeitsrechnung 11

4.1 Aufgaben 114.2 Kostenplanung 114.3 Produktkalkulation 134.4 Kostenstellenrechnung 144.5 Deckungsbeitragsrechnung 154.6 Break Even-Analyse 164.7 Betriebsergebnis und Absatzsegmentrechnung 174.8 Wirtschaftslichkeits- und Investitionsrechnung 18

5 Produktmarketing und marktorientierte Produktgestaltung 20

5.1 Marketing-Instrumente 205.2 Marktforschung 215.3 Marketingstrategien 215.4 Target Costing 225.5 Wertanalyse 23

Teil B: Arbeitswissenschaft

1 Arbeitswissenschaft im technischen Umfeld 24

1.1 Aufgaben und Zweck der Arbeitswissenschaft 241.2 Ziele der Arbeitswissenschaft ., 24I .3 Rechtliche Vorschriften 24

2 Grundlagen des Arbeitsstudiums 28

2.1 Das Arbeitssystem 292.2 Der Mensch im Arbeitssystem 322.3 Arbeitsleistung 322.4 Arbeitsteilung 322.5 Einzel-, Gruppen- und Mehrstellenarbeit 322.6 Fertigungsarten 33

Inhaltsverzeichnis XXVII

3 Arbeitsvorbereitung und Arbeitsplanung 41

3.1 Arbeitsplanerstellung 423.2 Datenermittlung 453.3 Vorgabezeitermittlung (Synthese) 493.4 Methoden der Zeitermittlung 563.5 Leistungsgrad 573.6 Prozesszeiten 583.7 Systeme vorbestimmter Zeiten (SvZ) 643.8 Rationalisierung der Zeitermittlung 68

Teil C: Qualitätsmanagement

1 Qualitätsmanagement 71

1.1 Entwicklung des Qualitätsmanagements 711.2 Begriffe des Qualitätsmanagements 721.3 Nonnen für Qualitätsmanagementsysteme 721.4 Nonnenreihe DIN EN ISO 9000:2000 ff. 731.5 Forderungen an QM-Systeme der DIN EN ISO 9000:2000 ff. 731.6 European Foundation for Quality Management (EFQM) 74

2 Qualitätsmanagementmethoden 76

2.1 Statistische Prozessregelung (SPC) 762.2 Grundlagen der Statistik 762.3 Qualitätsregelkarten (QRK) 772.4 Prozessfähigkeitsuntersuchung PFU 83

1 Grundlagen der Produktionslogistik I

1.1 Strategische Bedeutung I1.2 Hauptaufgaben und Ziele der Produktionslogistik 11.3 Organisationtypen der Produktionslogistik 21.4 ERP-Systeme 31.5 Prozesse in der Produktionslogistik 7

2 Produktionslogistik mit ERP-Systemen 7

2.1 Programmplanung 72.2 Materialplanung 82.3 Terminplanung 132.4 Kapazitätsplanung 162.5 Rückmeldung und Betriebsdatenerfassung 172.6 Materialfluss im Fertigungsprozess 18

XXVIII Inhaltsverzeichnis

3 SuppIy Chain Management 19

4 Spezielle Steuerungsmethoden in der Produktionslogistik 19

4.1 KANBAN-Fertigung 194.2 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe 194.3 Steuerung mit Fortschrittszahlen 20

5 Kostenüberwachung und Wirtschaftlichkeitsrechnung 21

5.1 Produktkalkulation 215.2 Wirtschaftlichkeitsrechnung 22

6 Logistikcontrolling 22

6.1 Durchlaufzeitcontrolling 226.2 Lagercontrolling 236.3 Auftragskontrolle 24

Sachwortverzeichnis