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44054_Hoenow_165x240_44054_Hoenow_RZ 04.06.14 11:46 Seite 1 Gerhard Hoenow · Thomas Meißner Gerhard Hoenow Konstruktionspraxis Thomas Meißner im Maschinenbau Konstruktionspraxis Das Buch richtet sich an Studierende und Konstrukteure des Maschinenbaus sowie aller angrenzenden u Gebiete, die sich mit dem Entwerfen und Gestalten des maschinentechnischen Teils von Maschinen a b befassen, also der Bauelemente, die im klassischen Maschinenbau aus Eisenwerkstoffen und anderen n im Maschinenbau Metallen, heute aber auch aus Kunststoffen, Granit und Polymerbeton bestehen. Hauptanliegen des e Buches ist es, den Gestaltungsprozess zu vertiefen und zu ergänzen, um ihn nicht praxis- und einsatz- n i bedingten Zufällen zu überlassen. Es soll als Begleitbuch bei der Bearbeitung konstruktiv-gestalterischer h c Aufgaben in der Praxis und im Studium wertvolle Hilfe leisten. Wesentliche Informationsquellen sind s Vom Einzelteil zum Maschinendesign neben dem Text vor allem viele Bilder (Fotos und Zeichnungen) und Tafeln mit Erläuterungen sowie a kritische Hinweise, Aufgaben und Lösungen dazu. M m Inhalt: • Fertigungs- und kostengerechtes Gestalten i s • Spezielle Anforderungen und Gestaltungsmittel i x • Füge- und montagegerechtes Gestalten a • Zum Gestalten von Maschinen r p • Zusammenfassende Bemerkungen und Ausblick s n Leserkreis: o i Konstrukteure des Maschinenbaus aller Fachrichtungen und Studierende, die ihr Grundstudium erfolg- t k reich abgeschlossen haben u r Die Verfasser verfügen über jahrelange Erfahrungen in der Werkzeugmaschinen- und Sonder maschinen- t s konstruktion, speziell der Montageautomatisierung und bei der Ausbildung von Studierenden des n o Maschinenbaus an einer Technischen Universität bzw. einer Fachhochschule vom Grundstudium bis zu K Abschluss- und Projektarbeiten. r e n ß ei 4., aktualisierte Auflage M · w o n e o H www.hanser-fachbuch.de €29,99[D] | €30,90[A] ISBN 978-3-446-44054-8 Hoenow/Meißner Konstruktionspraxis imMaschinenbau Gerhard Hoenow Thomas Meißner Konstruktionspraxis im Maschinenbau Vom Einzelteil zum Maschinendesign 4., aktualisierte Auflage Mit 482 Bildern Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag Autoren: Prof. Dr. sc. techn. Gerhard Hoenow, Bannewitz Prof. Dr.-Ing. Thomas Meißner, Fachhochschule Lausitz, Senftenberg BibliografischeInformationderDeutschenNationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen National- bibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de ab- rufbar. ISBN 978-3-446-44054-8 E-Book-ISBN 978-3-446-43994-8 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachtenwärenunddahervonjedermannbenutztwerdendürften. DiesesWerkisturheberrechtlichgeschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdrucks und der Vervielfältigung des Bu- ches oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Geneh- migung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Ver- fahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwen- dungelektronischerSystemeverarbeitet,vervielfältigtoderverbreitetwerden. FachbuchverlagLeipzigimCarlHanserVerlag ©2014CarlHanserVerlagMünchen www.hanser-fachbuch.de Projektleitung:UteEckardt Satz:Prof.Dr.-Ing.ThomasMeißner,Senftenberg Herstellung:KatrinWulst DruckundBindung:FriedrichPustetKG,Regensburg PrintedinGermany »Der Weltuntergang steht bevor, aber nicht so, wie Sie denken. Dieser Krieg jagt nicht alles in die Luft, sondern schaltet alles ab.« Im obersten Stock der Cornell University’s Clark Hall stehen der Physiker Homer Layton und seine drei jungen Assistenten vor einem Durchbruch, der es ermöglicht, die Zeit etwas langsamer Tom DeMarco ablaufen zu lassen. Sie vermuten, dass der sogenannte Layton- Als auf der Welt das Licht ausging Effekt keinen praktischen Nutzen haben wird, rechnen aber damit, dass die von ihnen geplante Abhandlung einem Paukenschlag in der Welt der theoretischen Physik gleichkommen wirdc. aD. o5c6h0 dSaenitne n. Hardcover bemerkt Loren Martine, jüngstes Mitglied von Homcae.r €s T 1e9a,m99, [D] / € 20,60 [A] / sFr 28,90 etwas Seltsames: Wird die Zeit verlangsamt, reicht IdSiBeN in 9 B78re-n3-n4-46-43960-3 stoffen gespeicherte Energie nicht mehr für ein plöEtzrslicchheeisn tF eimue rN. ovember 2014 Dinge können noch immer brennen, wenn auch langsamer, aber nichts kann mehr explodieren. Die Wissenschaftler stellen sich eine Art Layton-Effekt-Taschenlampe vor, die das Abfeuern einer Waffe verhindert. Ihnen wird klar, dass man auch diHe Eixpelorsi okn licken zur einer Bombe oder gar einen ganzen Krieg verhindernL köenntse. eprobe Sie möchten mehr über Tom DeMarco und seine Bücher erfahren. Einfach Code scannen oder reinklicken unter www.hanser-fachbuch.de/special/demarco Sie möchten mehr über Tom DeMarco und seine Bücher erfahren. Einfach reinklicken unter www.hanser-fachbuch.de/special/demarco Vorwort Mit diesem Buch soll ein Beitrag zur Entwicklung des konstruktiv-gestalterischen Den- kens des Maschinenbaukonstrukteurs geleistet werden. Dieses Denken bewegt sich nicht auf wissenschaftlich fundierten Wegen, sondern in einem Grenzgebiet zwischen Wissen und Kunst. Der gute Konstrukteur durchdenkt mehr oder weniger gleichzeitig mehrere Lösungsansätze. Das geschieht zum Teil bewusst, aber auch unbewusst. Es werden an- spruchsvolle Kenntnisse einbezogen, aber auch viele technisch triviale Tatsachen sind zu berücksichtigen, an passender Stelle unterstützen Entwurfsberechnungen. In diese Gestal- tungskunst muss man sich schrittweise hineinarbeiten, um sichere Wege zu beschreiten. ZurvollständigenBeherrschungdringtmanerst–wennüberhaupterreichbar–nachlänge- rer Berufspraxis vor. Es können keine Rezepte vermittelt werden, die eine schnelle Ent- wicklungzumgutenMaschinenkonstrukteurgarantieren.Sicheristnur: • Esgehtnichtschnell. • EserfordertvielInteresse. • EskanneinesehrbefriedigendeTätigkeitsein. Esdarfabernichtunerwähntbleiben,dassbeiallerBefriedigung imBerufeineöffentliche Anerkennung des Konstrukteursberufs selten ist und die Wahrscheinlichkeit, dass auf dem Gebiet des Maschinenbaus heute der Name eines Konstrukteurs und Erfinders so bekannt wird,wiedasfürdieNamenOttoundDieselderFallist,dürfte„beinullliegen“. Mit demBuch „EntwerfenundGestalten imMaschinenbau“ – imgleichenVerlag erschie- nen – haben die Verfasser bereits einen Teilbeitrag zur genannten Zielstellung geleistet. Während sich dieses erste Buch vorrangig an Studierende des Maschinenbaus richtet und imWesentlichenden BereichderEinzel-undKleinserienfertigungbehandelt,isthierdiese Einschränkung aufgehoben. Das heißt aber nicht, dass die Einflüsse der im Serien- und Großserienbereich einsetzbaren Fertigungsverfahren vollständig erfasstund vermittelt werden können. Es können nur die Grundrichtungen und übergreifende Gestaltungsregeln und -ansätze vermittelt werden, die je nach Arbeitsgebiet des Lesers durch Spezialliteratur zu ergänzen sind; auch das Internet bietet viele aktuelle und praktische Informationen. Der fachlicheAustauschistebenfallswichtig,sowarfürdiesesBuchdieMitarbeitvonIngeni- euren – u.a. Ina Meißner, Bernd Platz, Harry Thonig, Rainer Bieck, Studierenden der TU DresdenundderFHLausitzunddieBereitstellungvonBilderndurchverschiedeneFirmen sehrwertvoll;fürdenausführlichenDankanalleBeteiligtenreichtdieseSeiteleidernicht. Die vielen im Buch behandelten Beispiele sind keinesfalls immer aktuellen Aufgaben ent- nommen, sondern sind über viele Berufsjahre der Verfasser zusammengetragen worden. Der Leser soll mit älteren Beispielen nicht in die Maschinenbaugeschichte eingeführt werden, sondern soll Sachverhalte erkennen, die er selbst auf seine heutigen und zukünftigen Aufgaben übertragen muss. Eine Konstruktionslehre, die die Lösungen für die Aufgaben vonmorgenbeschreibt,gibtesnicht. Der Leser sollte dieses Buch als Begleitbuch bei der Bearbeitung konstruktiv-gestalterischer Aufgaben in der Konstruktionspraxis und im Fachstudium betrachten, wo es ähnlich denBücherndestechnischenZeichnensundderMaschinenelementezurHandseinsollte. GerhardHoenowundThomasMeißner Inhaltsverzeichnis 1 Einführung................................................................................................................9 1.1 Ausgangspunkt.....................................................................................................9 1.2 AnalysealsVoraussetzungfürdasGestaltenvonMaschinen...........................11 1.3 VariantenbildungundVarianteneinschränkung..................................................17 Zusammenfassung.......................................................................................................24 1.4 Erfindenoderkonstruieren?................................................................................24 Warnung.......................................................................................................................26 1.5 Lösungen–Einführung.......................................................................................26 2 Fertigungs-undkostengerechtesGestalten.............................................................31 2.1 DieVerantwortungdesKonstrukteurs................................................................31 ZuWerkstoffenundWanddicken...............................................................................35 2.2 WirkflächenundWirkflächenvariation...............................................................38 2.3 FertigungstechnischeGrundrichtungenundVorzugsformen..............................40 2.3.1 EineÜbersichtfürdenKonstrukteur.......................................................40 2.3.2 Funktionsintegration................................................................................43 2.3.3 Integralbauweise......................................................................................47 2.3.4 Armierungsbauweise................................................................................50 2.3.5 Differenzialbauweise...............................................................................53 2.4 Formteilgestaltung...............................................................................................54 2.4.1 Sandguss-Formteile..................................................................................55 2.4.2 FormteilgestaltungfürDauerformen........................................................62 2.4.3 ZudenBesonderheitenderKunststoff-Formteile....................................67 ZurGestaltungvonKunststoffspritzguss........................................................67 GestaltungsregelnundBeispiele....................................................................68 2.4.4 Faser-Kunststoff-Verbunde(FKV)..........................................................78 WelcheFKV-EigenschaftenfürdenMaschinenbau?....................................79 2.4.5 Gesenkschmiede-,Fließpress-undFeinschneid-Formteile......................82 Gesenkschmiedestücke....................................................................................82 Fließpressteile..................................................................................................84 Feinschneid-Formteile.....................................................................................86 2.4.6 FormteilfertigungdurchInnendruck........................................................88 2.5 DieFormenweltdesRundknetens.......................................................................93 2.6 Lösungen–Fertigungs-undkostengerechtesGestalten.....................................96 3 SpezielleAnforderungenundGestaltungsmittel.....................................................97 3.1 MinimalerBauraumfüreineBaugruppe.............................................................97 3.2 VomVollkörperzumMinimalkörper...............................................................104 MinimalkörperdurchBlechanwendung...................................................................104 MinimalkörperbeiGussstücken................................................................................107 MinimalerBaukörperaufderBasisDrahtbzw.Rundstahl.....................................109 Minimalkörper–Beispiele........................................................................................111 3.3 ZumProblemminimalerundoptimalerBauraumfüreineMaschine...............113 3.4 SegmentierungundLamellenbauweise.............................................................116 3.5 Das„Bauelement“Elastizität............................................................................119 Inhaltsverzeichnis 7 3.6 Das„Bauelement“Bruchfläche.........................................................................124 3.7 DiehohleWelle.................................................................................................125 3.8 WellendichtungenfürhoheDrehzahlen............................................................129 3.9 DichtohneDichtung.........................................................................................132 3.10 Kräfte,KraftwirkungenundderenzweckmäßigeBeherrschung.......................135 FunktionsbehinderndeReibung.................................................................................141 Brechstangen-undKniehebeleffekt..........................................................................146 3.11 Lösungen–SpezielleAnforderungenundGestaltungsmittel..........................149 4 Füge-undmontagegerechtesGestalten.................................................................152 4.1 ZurAuswahlderFügeverfahren........................................................................152 FügeoperationenbeiderTeilefertigung....................................................................155 Füge-undkostengerechtesGestalten........................................................................156 4.2 Schraubenverbindungen,geschraubteVerbindungenundandere Gewindeanwendungen......................................................................................157 4.2.1 GewindeamMaschinenteil....................................................................157 Gewindezentriertnicht!...............................................................................160 4.2.2 ZumSichernvonSchraubenundanderengeschraubtenBauelementen163 WelcheSchraubensicherungbevorzugen?...................................................163 ZumSichernvonNutmutternundGewinderingen..................................164 4.2.3 DerRundstahl-SchraubbügelunddasSpannband..................................166 4.2.4 UnverlierbareSchraubenfürReparaturenvorOrt.................................168 4.3 Laserschweißverbindungen...............................................................................170 4.4 MontagegerechtesGestalten..............................................................................177 4.4.1 WenigeBauelemente–dieentscheidendeGröße..................................177 4.4.2 FügenbeimUrformen............................................................................179 4.4.3 IntegrierteVerbindungselemente...........................................................181 4.5 ZurGestaltungderzumontierendenBauelemente...........................................190 5 ZumGestaltenvonMaschinen...............................................................................191 5.1 AnlässefürneueMaschinenkonstruktionen......................................................191 5.2 KonstrukteuraufgabenundDesigneraufgaben..................................................194 5.3 ZurGliederungeinerMaschineinBaugruppen................................................202 GliederninBaugruppen............................................................................................202 DietransportgerechteMaschine................................................................................205 ZurMontagederBaugruppenambzw.imMaschinengestell.................................206 JustierenderMaschinenbaugruppen.........................................................................208 5.4 Großteilgestaltung–dieGestaltungvonTragwerken.......................................210 5.4.1 EinleitendeBemerkungen......................................................................210 5.4.2 TragwerkeinGussbauweise..................................................................213 5.4.3 GeschweißteTragwerke.........................................................................214 DieProfilbauweise........................................................................................215 DieWandbauweise........................................................................................216 DieMischbauweise.......................................................................................219 5.4.4 DieSchraubbauweise.............................................................................220 5.4.5 DieZugankerbauweise...........................................................................222 5.4.6 Granit–natürlichesGesteinalsBasismaterialfürPräzisionsmaschinen....223 5.4.7 Mineralguss–nichtnureinneuerWerkstoff!........................................227 8 Inhaltsverzeichnis Eingießteile....................................................................................................229 Genauigkeitsflächen......................................................................................231 Eingießen,UntergießenundKleben.............................................................231 VerloreneKerne.............................................................................................232 GießformenundihrGestalteinfluss..............................................................232 FormentypenundihreEigenschaften............................................................234 EinhausungundOberflächen........................................................................235 Systemlösung/Rumpfmaschine.....................................................................235 AnwendungsbereicheundzusammenfassendesUrteil.................................235 5.4.8 TragwerkeausKunststoffenmitundohneFaserverstärkung................237 TragwerkeinFKV-Bauweise.......................................................................238 5.4.9 ZurAuswahleinerzweckmäßigenTragwerksbauweise........................239 5.5 DasMaschinendesignundseineTeilaufgaben..................................................240 5.5.1 DieHerangehensweise–wermachtdenerstenSchritt?........................240 5.5.2 Baukörpergestaltung–dieKernaufgabedesMaschinendesigns...........242 5.5.3 Rohrleitungen,Schläuche,Kabel(RSK)–dasvergesseneKapitel.......258 VersorgungbewegterBaugruppen................................................................260 SchläucheundKabelanmobilenGeräten....................................................262 GeschütztenVerlaufderRSKgewährleisten................................................263 5.5.4 Feingestaltung........................................................................................264 5.5.5 GestaltungderKontaktzoneMensch–Maschine..................................270 BerücksichtigungzeitweiseauszuübenderTätigkeiten................................271 GestaltungderBedienzone–dieeigentlicheKernaufgabe..........................274 GestaltungvonSteh-undSitzarbeitsplätzen.................................................275 BedienelementeundGreifraum.....................................................................276 BeschriftungodersymbolischeZeichen?.....................................................277 5.5.6 GrafikundFarbeanderMaschine.........................................................282 ZurProduktgrafik..........................................................................................283 Farbgestaltung................................................................................................284 5.5.7 DieVorteilederZusammenarbeitKonstrukteur–Designer..................286 5.6 Lösungen–ZumGestaltenvonMaschinen......................................................287 6 ZusammenfassendeBemerkungenundAusblick .................................................288 Zumkonstruktiv-gestalterischenDenken...........................................................................288 ZumWertderGestaltungsregelnundderNotwendigkeiteinergründlichenErprobung.288 ZurEinführungneuerBauweisen......................................................................................289 Literatur-undBildquellen ..............................................................................................290 Sachwortverzeichnis ........................................................................................................295 Farbbildteil .......................................................................................................................305