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Dubbel Taschenbuch fr den Maschinenbau

Zweiundzwanzigste, neubearbeitete und erweiterte Auflage Herausgegeben von

K.-H. Grote und J. Feldhusen

Mit mehr als 3000 Abbildungen und Tabellen

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Herausgeber Professor Dr.-Ing. Karl-Heinrich Grote Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Professor Dr.-Ing. Jrg Feldhusen Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen

Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet ber http://dnb.d-nb.de aufrufbar.

ISBN 978-3-540-49714-1 22. Aufl. Springer Berlin Heidelberg New YorkISBN 978-3-540-22142-5 21. Aufl. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Dieses Werk ist urheberrechtlich geschtzt. Die dadurch begrndeten Rechte, insbesondere die der bersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulssig. Sie ist grundstzlich vergtungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer ist ein Unternehmen von Springer Science + Business Media springer.de Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1929, 1935, 1940, 1941, 1943, 1953, 1961, 1970, 1974, 1981, 1983, 1986, 1987, 1990, 1995, 1997, 2001, 2005, 2007 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, da solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wren und daher von jedermann benutzt werden drften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewhr fr Richtigkeit, Vollstndigkeit oder Aktualitt bernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls fr die eigenen Arbeiten die vollstndigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gltigen Fassung hinzuzuziehen. Einbandgestaltung: eStudio Calamar S.L., F. Steinen-Broo, Girona, Spanien Herstellung: Claudia Rau, LE-TeX Jelonek, Schmidt & Vckler GbR, Leipzig Satz: CMS, Wrzburg Druck und Verarbeitung: Strtz GmbH, Wrzburg Anzeigen: Odette Thomen Springer, Heidelberger Platz 3, 14197 Berlin Tel. 030/8 27 87-52 02, Fax 030/8 27 87-53 00, e-mail: [email protected] Gedruckt auf surefreiem Papier 7/3180YL 5 4 3 2 1 0

Mitarbeiter der 22. AuflageAnderl, R., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Darmstadt Berger, C., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Darmstadt Bohnet, M., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Braunschweig Brecher, C., Dr.-Ing., Prof., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Bruns, R., Dr.-Ing., Prof., Universitt der Bundeswehr, Hamburg Burr, A., Dr.-Ing., Prof., Hochschule Heilbronn Bttgenbach, S., Dr. rer. nat., Prof., Technische Universitt Braunschweig Corves, B., Dr.-Ing., Prof., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Czichos, H., Dr.-Ing. Dr. h.c., Prof., Bundesanstalt fr Materialforschung und -prfung (BAM), Berlin Daum, W., Dr.-Ing., Prof., Bundesanstalt fr Materialforschung und -prfung (BAM), Berlin Denkena, B., Dr.-Ing., Prof., Leibniz Universitt Hannover Deters, L., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Dietz, P., Dr.-Ing., Dr. h.c., Prof., Technische Universitt Clausthal Dorn, L., Dr.-Ing. Dr. h.c., Prof., Technische Universitt Berlin Feldhusen, J., Dr.-Ing., Prof., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Feldmann, D.G., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Hamburg-Harburg Fischer, C., Dipl.-Ing., Vattenfall, Berlin Gelbe, H., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Gevatter, H.-J. y, Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Gold, P.W., Dr.-Ing., Prof., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Goldhahn, H., Dr.-Ing. habil., Prof., Technische Universitt Dresden Grabowski, H., Dr.-Ing., Dr. h.c., Prof. E.h., Prof., Universitt Karlsruhe Grote, K.-H., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Grnhaupt, U., Dr.-Ing., Prof., Hochschule Karlsruhe Gugau, M., Dr.-Ing., Technische Universitt Darmstadt Gnthner, W.A., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Mnchen Habig, K.-H., Dr.-Ing., Prof., Bundesanstalt fr Materialforschung und -prfung (BAM), Berlin Hainbach, C., Dr.-Ing., Institut fr Klte-, Klima-, und Energietechnik (IKET) GmbH, Essen Harsch, G., Dipl.-Ing., Prof., Hochschule Heilbronn Hecht, M., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Hempel, D.C., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Braunschweig Herfurth, K., Dr.-Ing. habil., Prof., TU Chemnitz und Verein Deutscher Gieereifachleute (VDG) Hofmann, W., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Chemnitz Hhn, B.-R., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Mnchen Hlz, H., Dipl.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin ten Hompel, M., Dr.-Ing., Prof., Universitt Dortmund Kerle, H., Dr.-Ing., Technische Universitt Braunschweig Kessler, F., Dr.-Ing., Prof., Montanuniversitt Leoben Kiesewetter, L., Dr.-Ing., Prof., Brandenburgische Technische Universitt Cottbus Krmer, E., Dipl.-Ing., ABB Kraftwerke AG, Baden/Schweiz Krause, F., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Kunze, G., Dr.-Ing., Prof. habil., Technische Universitt Dresden Lackmann, J., Dr.-Ing., Prof., Technische Fachhochschule Berlin Lehr, H., Dr. rer. nat., Prof., Technische Universitt Berlin Ldtke, K., Dipl.-Ing., MAN Turbo AG, Oberhausen/Berlin Mareske, A., Dr.-Ing., Vattenfall, Berlin

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Autoren

Majschak, J.-P., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Dresden Marquardt, H.-G., Dr.-Ing. habil., Prof., Technische Universitt Dresden Mersmann, A., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Mnchen Mertens, H., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Mollenhauer, K., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Mrl, L., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Motz, H.D., Dr. rer. sec., Dipl.-Ing., Prof., Bergische Universitt Wuppertal Nordmann, R., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Darmstadt Orloff, M., Dr. Dr. sc. techn., Prof., Modern TRIZ Academy Deutschland, Berlin Overmeyer, L., Dr.-Ing., Prof., Universitt Hannover Pahl, G., Dr.-Ing. Dr. h.c. Dr.-Ing. E.h., Prof., Technische Universitt Darmstadt Poll, G., Dr.-Ing., Prof., Universitt Hannover Poppy, W., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Pritschow, G., Dr.-Ing. Dr. h.c. mult., Prof., Universitt Stuttgart Pucher, H., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Rkczy, T., Dr.-Ing., Prof., Brandi-IGH Ingenieure GmbH, Kln Reinhardt, H., Dr.-Ing. habil., Prof., Fachhochschule Kln Ruge, P., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Dresden Schdlich, S., Dr.-Ing., Informationszentrum Hochschulgruppe Ruhr e.V., Essen Scholten, J., Dr.-Ing., Jun. Prof., Ruhr-Universitt Bochum Schrmann, H., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Darmstadt Schwedes, J., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Braunschweig Seidel-Morgenstern, A., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Seiffert, U., Dr.-Ing., Prof., WiTech Engineering GmbH, Braunschweig Seliger, G., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Siegert, K., Dr.-Ing. Dr. h.c., Prof., Universitt Stuttgart Siekmann, H.E., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Spur, G., Dr. h.c. mult. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h., Prof., Technische Universitt Berlin Stephan, K., Dr.-Ing., Dr.-Ing. E.h., Prof., Universitt Stuttgart Stephan, P., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Darmstadt Stiebler, M., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Stoff, H., Dr. s. sc. techn. (EPFL), Prof., Ruhr-Universitt Bochum Thamsen, P.U., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Tnshoff, H.K., Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. mult., Prof., Leibniz Universitt Hannover Tschke, H., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Uhlmann, E., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Voit-Nitschmann, R., Dipl.-Ing., Prof., Universitt Stuttgart Wagner, G., Dr.-Ing., Prof., Ruhr-Universitt Bochum Weck, M., Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h., Dr.-Ing. E.h., Prof., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Wehking, K.-H., Dr.-Ing., Prof., Universitt Stuttgart Westkmper, E., Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult., Prof., Universitt Stuttgart Wohlfahrt, H., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Braunschweig Ziegmann, G., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Clausthal-Zellerfeld Wegen der durch die Hochschulgesetzgebung der Bundeslnder vorliegenden unterschiedlichen Regelungen zur Titelgebung werden die Professorentitel der Autoren undifferenziert angegeben. Die Mitarbeiter von zurckliegenden Auflagen des DUBBEL (ab der 14. Auflage) sind auf den Folgeseiten genannt. Damit werden diese Autoren gewrdigt und deren Beitrge, die fr die vorliegende und fr vorherige Auflagen kontinuierlich auch durch neue Autoren weiterentwickelt wurden. Da die kontinuierlich weiterhin erfolgenden Ehrungen der Mitarbeiter der bisherigen Auflagen den Herausgebern nicht umfassend bekannt sind bzw. angezeigt werden, wurden alle verliehenen Ehrentitel hier einheitlich weggelassen.

Mitarbeiter der 14. bis 21. AuflageMitarbeiter mitgearbeitet bei Auflage 21 17 18 15 16 17 18 19 20 21 15 16 17 18 19 20 19 20 15 16 17 18 19 20 21 15 16 15 16 21 17 18 19 20 21 17 18 19 17 18 19 20 21 21 15 16 17 18 19 21 20 21 15 16 17 18 19 20 21 15 16 19 20 21 15 16 17 18 19 20 21 15 16 15 16 17 18 15 16 17 18 15 16 15 16 21 19 20 21 15 16 20 21 19 20 21 15 15 15 15 15 15 16 17 18 16 17 18 16 16 16 16 17 18 19 20 21 17 18 19 20 21 21 21 21 21 21 20 21 21 Anderl, R., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Darmstadt Behr, B., Dipl.-Ing., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Beitz, W.,y Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin 14 Berger, C., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Darmstadt Blaich, M., Dipl.-Ing., Stuttgart 14 Bohnet, M., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Braunschweig Bothe, A., Dr., Prof., Fachhochschule Gelsenkirchen Bttcher, C., Dipl.-Ing., Brandi Ingenieure GmbH bzw. IWS Ing. Consult, Kln 14 Bretthauer, K., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Clausthal 14 Brockmann, H.-J., Dr.-Ing., Prof., Technische Fachhochschule Berlin 14 Bruns, R., Dr.-Ing., Prof., Universitt der Bundeswehr, Hamburg Burr, A., Dr.-Ing., Prof., Hochschule Heilbronn Busse, L., Dr.-Ing., ASEA Brown Boveri, Mannheim Czichos, H., Dr.-Ing., Prof., Bundesanstalt fr Materialforschung und -prfung (BAM), Berlin Daum, W., Dr.-Ing., Prof., Bundesanstalt fr Materialforschung und -prfung (BAM), Berlin Dannenmann, E., Dipl.-Ing., Universitt Stuttgart 14 Denkena, B., Dr.-Ing., Prof., Leibniz Universitt Hannover Deters, L., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt, Magdeburg Dibelius, G., Dr.-Ing., Prof., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen 14 Diehl, H., Dr.-Ing., Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, Mannheim 14 Dietz, P., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Clausthal Dorn, L., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin 14 Dssler, W., Obering., Ratingen 14 Ebert, K.-A., Dr.-Ing., Hattersheim 14 Ehrlenspiel, K., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Mnchen 14 Engel, G., Dr.-Ing., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen 14 Federn, K., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin 14 Feldhusen, J., Dr.-Ing., Prof., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Feldmann, D.G., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Hamburg-Harburg Fiala, E., Dr. techn., Prof., Volkswagenwerk AG, Wolfsburg 14 Fischer, C., Dipl.-Ing., Vattenfall, Berlin Flemming, M., Dr.-Ing., Prof., ETH Zrich, Schweiz Fller, D., Dr.-Ing., Prof., Battelle-Institut e.V., Frankfurt a.M. 14 Gasparovic, N., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin 14 Gast, Th., Dr.-Ing. habil., Prof., Technische Universitt Berlin 14 Geiger, M., Dr.-Ing., Prof., Universitt Erlangen-Nrnberg 14 Geiger, R., Dr.-Ing., Pre- und Stanzwerk Eschen, Liechtenstein 14 Gelbe, H., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin 14 Gevatter, H.-J.y, Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Gold, P.W., Dr.-Ing., Prof., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Goldhahn, H., Dr.-Ing. habil., Prof., Technische Universitt Dresden Grabowski, H., Dr.-Ing., Prof., Universitt Karlsruhe 14 Grote, K.-H., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Grnhaupt, U., Dr.-Ing., Prof., Hochschule Karlsruhe Gugau, M., Dr.-Ing., Technische Universitt Darmstadt Gnthner, W.A., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Mnchen Habig, K.-H., Dr.-Ing., Prof., Bundesanstalt fr Materialforschung und -prfung (BAM), Berlin Hager, M., Dr.-Ing., Prof., Universitt Hannover Hain, K., Dr.-Ing. E.h., Braunschweig 14 Hainbach, C., Dr.-Ing., Institut fr Klte-, Klima- und Energietechnik (IKET) GmbH, Essen Harsch, G., Dipl.-Ing., Prof., Hochschule Heilbronn Hecht, M., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Hempel, D.C., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Braunschweig Herfurth, K., Dr.-Ing. habil., Prof., Technische Universitt Chemnitz Hhn, B.-R., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Mnchen Hlz, H., Dipl.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Hner, K.E., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin 14 Jger, B., Dr.-Ing., Prof., Kraftwerk Union bzw. Siemens AG, Berlin 14 Jarecki, U., Dipl.-Ing., Prof., Technische Fachhochschule Berlin 14

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VIIIMitarbeiter

Mitarbeiter der 14. bis 21. Auflage

mitgearbeitet bei Auflage 14 15 16 17 17 17 14 15 16 17 14 15 16 17 14 15 16 14 15 18 18 19 20 21 18 19 20 21 18 18 20 21 21 14 15 16 17 18 19 20 21 17 18 14 15 16 14 15 16 19 20 21 14 15 16 14 15 16 14 15 16 17 18 19 20 21 17 18 19 20 21 17 17 17 14 15 16 17 14 15 14 15 14 15 14 15 14 15 18 18 19 20 21 18 19 20 21 18 19 20 21 21 20 21 16 17 18 16 17 18 19 20 21 16 16 16 17 18 19 20 21 20 21 17 18 19 17 18 19 19 17 18 19 17 18 19 14 15 16 17 18 19 14 15 16 17 18 20 21 14 15 16 14 15 16 17 18 14 15 16 14 15 16 17 18 19 17 18 19 20 21 19 19 19 19 19 20 20 20 20 20 20 21 21 21 21 21 21 20 20 20 20 20 21 21 21 21 21

Jnemann, R., Dr.-Ing., Prof., Universitt Dortmund Kerle, H., Dr.-Ing., Technische Universitt Braunschweig Kiesewetter, L., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Klapp, E., Dr.-Ing., Prof., Universitt Erlangen-Nrnberg Klepper, H., Dr.-Ing., ASEA Brown Boveri, Mannheim Kloos, K.H., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Darmstadt Koch, E., Dipl.-Ing., BBC, Mannheim Krmer, E., Dr. rer. nat., Prof., Technische Hochschule Darmstadt Krmer, E., Dipl.-Ing., Alstom Power, Baden/Schweiz Krause, F., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Kttner, K.-H.,y Dipl.-Ing., Prof., Technische Fachhochschule Berlin Lackmann, J., Dr.-Ing., Prof., Technische Fachhochschule Berlin Ladwig, J., Dipl.-Ing., Universitt Stuttgart Lambrecht, D., Dr.-Ing., Universitt Erlangen-Nrnberg Lange, K., Dr.-Ing., Prof., Universitt Stuttgart Lehr, H., Dr. rer. nat., Prof., Technische Universitt Berlin Lenz, H., Dipl.-Ing., Kln Lenz, W., Dr.-Ing., Daisendorf Liedtke, G., Ing., Borsig GmbH, Berlin Ldtke, K., Dipl.-Ing., MAN Turbo AG, Oberhausen/Berlin Mareske, A., Dr.-Ing., Vattenfall, Berlin Mauer, G., Dipl.-Ing., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Mersmann, A., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Mnchen Mertens, H., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Mollenhauer, K., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Mrl, L., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Motz, H.D., Dr., Prof., Bergische Universitt Wuppertal Mller, H.W., Dr.-Ing., Prof., Technische Hochschule Darmstadt Nieth, F., Dr.-Ing., Technische Hochschule Darmstadt Nordmann, R., Dr.-Ing., Prof., Technische Hochschule Darmstadt Oehmen, H., Dr.-Ing., Prof., Universitt Hannover Opitz, W., Dr. techn., Graz Pahl, G., Dr.-Ing., Prof., Technische Hochschule Darmstadt Peeken, H., Dr.-Ing., Prof., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Poll, G., Dr.-Ing., Prof., Universitt Hannover Poppy, W., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Poppy, W., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Pritschow, G., Dr.-Ing., Dr. h.c. mult., Prof., Universitt Stuttgart Pucher, H., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Rkczy, T., Dr.-Ing., Brandi-IGH Ingenieure GmbH, Kln Reinhardt, H., Dr.-Ing. habil., Prof., Fachhochschule Kln Reuter, W., Dipl.-Ing., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Rper, R.,y Dr.-Ing., Prof., Universitt Dortmund Ruge, J., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Braunschweig Ruge, P., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Dresden Rulla, P., Dipl.-Ing., Prof., Technische Fachhochschule Berlin Rumpel, G., Dr.-Ing., Prof., Technische Fachhochschule Berlin Schriefer, H., Dipl.-Ing., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Schulz, H.-J., Dr.-Ing., Prof., Technische Fachhochschule Berlin Schwedes, J., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Braunschweig Seidel-Morgenstern, A., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt, Magdeburg Seiffert, U., Dr.-Ing., Prof., WiTech Engineering GmbH, Braunschweig Seliger, G., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Severin, D., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Siegert, K., Dr.-Ing., Prof., Universitt Stuttgart Siekmann, H.E., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Sondershausen, H.D., Dipl.-Ing., Prof., Technische Fachhochschule Berlin Speckhardt, H., Dr., Prof., Technische Universitt Darmstadt Spur, G., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Stephan, K., Dr.-Ing., Prof., Universitt Stuttgart Stephan, P., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Darmstadt Stiebler, M., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Stoff, H., Dr.s.sc. techn. Prof., Ruhr-Universitt, Bochum Stute, G., Dr.-Ing., Prof., Universitt Stuttgart Thamsen, P.U., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Thomala, W., Dr.-Ing., Richard Bergner GmbH, Schwabach

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Mitarbeiter der 14. bis 21. Auflage

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Mitarbeiter Tnshoff, H.K., Dr.-Ing., Prof., Leibniz Universitt Hannover Tschke, H., Dr.-Ing., Prof., Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Uhlmann, E., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin Victor, H., Dr.-Ing., Prof., Universitt Karlsruhe Vierling, A., Dr.-Ing., Prof., Universitt Hannover Voit-Nitschmann, R., Dipl.-Ing., Prof., Universitt Stuttgart Wagner, G., Dr.-Ing., Prof., Ruhr-Universitt Bochum Warnecke, H.-J., Dr.-Ing., Prof., Universitt Stuttgart Weber, R., Dr.-Ing., Prof., Universitt Hannover Weck, M., Dr.-Ing., Prof., Rheinisch-Westflische Technische Hochschule Aachen Weibrod, G., Dipl.-Ing., Prof., Technische Fachhochschule Berlin Werle, T., Dipl.-Ing., Universitt Stuttgart Westkmper, E., Dr.-Ing., Prof., Universitt Stuttgart Wilhelm, H., Dr.-Ing., MTU Mnchen Winter, H.,y Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Mnchen Wohlfahrt, H., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Braunschweig Ziegmann, G., Dr.-Ing., Prof., Technische Universitt Clausthal-Zellerfeld Zuppke, B., Dipl.-Ing., Prof., Technische Universitt Berlin

mitgearbeitet bei Auflage 17 18 19 20 21 21 20 21 14 15 16 14 15 16 20 21 21 14 15 16 17 18 19 17 18 14 15 16 17 18 19 20 14 15 16 17 18 19 20 14 15 16 14 15 16 17 18 19 20 19 20 21 14 15 16 21 21 21 21

Vorwort zur 22. Auflage

Der DUBBEL ist seit 1914 fr Generationen von Studenten und in der Praxis ttigen Ingenieuren das Standardwerk fr die produkt- und fertigungsorientierten Fachgebiete des Maschinenbaus. Er dient gleichermaen als Lehrbuch und Nachschlagewerk fr alle Technischen Hochschulen und andere Technik orientierte Aus- und Weiterbildungsinstitute sowie als Arbeitsunterlage fr die Praxis zur Lsung konkreter Ingenieuraufgaben. Diese Breite des Leserkreises spiegelt sich auch in den Erfahrungen der Herausgeber und Autoren wider, die ausgewogen aus einer Lehr- und Forschungsttigkeit oder verantwortlichen Industriettigkeit kommen. ber eine Million verkaufte Exemplare des DUBBEL sind Beweis der groen Bedeutung des Werkes fr den Maschinenbau. Die Vielfalt des Maschinenbaus hinsichtlich Ingenieurttigkeiten und Fachgebieten, der enorme Erkenntniszuwachs sowie das Erfllen der vielschichtigen Zielsetzung des Buches erforderten bei der Stoffzusammenstellung eine enge Zusammenarbeit zwischen Herausgebern und Autoren. Hierbei mussten die wesentlichen Grundlagen und die unbedingt erforderlichen, allgemein anwendbaren und gesicherten Aussagen der einzelnen Fachgebiete ausgewhlt werden. Trotz der im Hinblick auf die Umfangsbeschrnkung erforderlichen Konzentration auf das Wesentliche und Allgemeingltige werden auch neueste Forschungsergebnisse und Entwicklungen behandelt, ohne die eine umfassende Anwendung eines solchen Buches in Praxis und Lehre nicht mehr auskommt. Die Stoffauswahl wurde so getroffen, dass die Studierenden in der Lage sind, sich problemlos ein erforderliches Mindestwissen von der gesamten Breite des Maschinenbaus anzueignen. Die Ingenieure der Praxis erhalten darber hinaus ein weitgehend vollstndiges Arbeitsmittel zur Lsung von Ingenieuraufgaben. Ihnen wird auch ein schneller Einblick vor allem in solche Fachgebiete gegeben, in denen sie kein Spezialist sind. So sind zum Beispiel die Ausfhrungen ber Fertigungstechnik nicht in erster Linie fr den Betriebsingenieur gedacht, sondern beispielsweise fr den Konstrukteur, der fertigungsorientiert gestalten muss; die Frdertechnik soll nicht nur den Konstrukteur fr Hebezeuge ansprechen, sondern vor allem auch den Betriebsingenieur, der seine Frdermittel mitgestalten und auswhlen muss. Das Buch will allen Bereichen der Herstellung und Anwendung maschinenbaulicher Produkte (Anlagen, Maschinen, Apparate und Gerte) bei der Lsung ihrer Probleme helfen: Angefangen bei der Produktplanung, Forschung, Entwicklung, Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Normung, Materialwirtschaft, Fertigung, Montage und Qualittssicherung ber den technischen Vertrieb bis zur Bedienung, berwachung, Instandsetzung und zum Recycling. Der DUBBEL wird laufend berarbeitet und damit auf dem aktuellen Stand der Technik gehalten. Mit der 22. Auflage wurde der Generationswechsel bei den Autoren auf bewhrte Art fortgesetzt. Die neu hinzugekommenen ca. 20 Autoren haben in beispielhafter Kooperation die jeweiligen Kapitel mit den langjhrigen DUBBEL-Autoren bearbeitet, korrigiert und auch erweitert oder neu geschrieben, somit sind wir fr weitere Auflagen des DUBBEL gerstet. Die Gliederung der letzten Auflage wurde beibehalten. Beibehalten wurden auch die in einem Anhang am Ende jeden Hauptkapitels aufgefhrten quantitativen Arbeitsunterlagen in Form von Tabellen, Diagrammen und Normenauszgen (Stoff- und Richtwerte). Am Schluss des DUBBEL enthlt der Teil Z Allgemeine Tabellen die wichtigsten physikalischen Konstanten, die Einheiten mit ihren Umrechnungsfaktoren, die Grundgren der Kern-, Licht-, Schall- und Umwelttechnik sowie Bezugsquellen fr Technische Regelwerke und internationale Normen mit Angaben der Web-Adressen. Unter der Web-Adresse www.dubbel.de ist das aus der 19. Auflage und der interaktiven CD-ROM bekannte, ausfhrliche Mathematik Kapitel abrufbar. Die Literaturangaben sind als allgemeine Literatur den Teilen vorangestellt und als spezielle Literatur, geordnet nach den Kapiteln, am Schluss der Teile zusammengefasst. Die allgemeine Literatur bietet dem Leser eine Zusammenstellung von Grundlagen-, bersichts- und Standardwerken des jeweiligen Fachgebietes, whrend der spe-

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Vorwort zur 22. Auflage

zielle Literaturteil inhaltlich dieses Gebiet vervollstndigt. Die Literaturangaben werden jedoch zum Gebrauch dieses Arbeitsbuches, insbesondere zur Anwendung von Berechnungsverfahren, nicht direkt bentigt; sie sollen vielmehr den Studierenden eine umfassende Information ber den Erkenntnisstand des jeweiligen Fachgebietes geben. Die Benutzungsanleitung hilft, die zahlreichen Hinweise und Querverweise zwischen den einzelnen Teilen und Kapiteln zu nutzen sowie die Abkrzungen und die gewhlte Buchstruktur einschlielich des Anhangs zu verstehen. Infolge der Uneinheitlichkeit nationaler und internationaler Normen sowie der Gewohnheiten einzelner Fachgebiete lieen sich in wenigen Fllen unterschiedliche Bezeichnungen fr gleiche Begriffe nicht vermeiden. Fr die 22. Auflage wurden die Autoren nicht verpflichtet, die neue Rechtschreibung bei der Erstellung ihres Beitrags anzuwenden dies ist fr ein Taschenbuch des Maschinenbaus vertretbar kommt es doch in erster Linie auf die verstndliche Beschreibung der technischen Zusammenhnge an; Zug um Zug werden die Kapitel angepasst werden. Zwischen den Teilen und am Ende des Taschenbuches befinden sich Informationen aus der Industrie mit technisch relevanten Anzeigen bekannter Firmen. Hier werden industrielle Ausfhrungsformen gezeigt und auf Bezugsquellen hingewiesen. Hinweise, Vorschlge und konstruktive Kritik unserer Leser wurden dankbar verwertet. Wir sind auch weiterhin sehr an Anregungen und Hinweisen interessiert. Die Herausgeber danken allen am Werk Beteiligten: den Autoren fr ihr Engagement und ihre Kompromissbereitschaft bei der Abfassung ihrer Beitrge unter den starken Restriktionen hinsichtlich Umfang und Abstimmung mit anderen Kapiteln, Frau B. Mnch vom Springer-Verlag und Frau Claudia Rau von der Fa. LE-TeX fr die engagierte und sachkundige Zusammenarbeit bei der redaktionellen Bearbeitung der schwierigen Textund Bildvorlagen sowie dem Springer-Verlag fr die Ausstattung des Buches, Frau Dr.Ing. G. Mller fr die vorbereitende, formelle Durchsicht der Beitrge, der Druckerei Strtz fr die Sorgfalt in den einzelnen Phasen der Herstellung. Abschlieend sei auch den vorangegangenen Generationen von Herausgebern und Autoren gedankt die im Mitarbeiterverzeichnis gewrdigt werden. Sie haben durch ihre gewissenhafte Arbeit die Anerkennung des DUBBEL begrndet, die mit der jetzt vorliegenden 22. Auflage weiter gefestigt und ausgebaut werden soll.

Magdeburg und Aachen im Sommer 2007

Karl-Heinrich Grote und Jrg Feldhusen

InhaltsverzeichnisHinweise zur Benutzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLIII Chronik des Taschenbuches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLV

A Mathematik1 2 3 Mathematik fr Ingenieure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A 3 Ergnzungen zur Mathematik fr Ingenieure . . . . . . . . . . . . . . . A 3 Numerische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A 4

3.1 Numerisch-analytische Lsung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A 4 3.2 Standardaufgaben der linearen Algebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A 4 3.3 Interpolation, Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A 5 3.4 Rand- und Anfangswertprobleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A 6

B Mechanik1 Statik starrer Krper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 1 1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 1 1.2 Zusammensetzen und Zerlegen von Krften mit gemeinsamem Angriffspunkt . . . B 21.2.1 Ebene Krftegruppe B 2. 1.2.2 Rumliche Krftegruppe B 3.

1.3 Zusammensetzen und Zerlegen von Krften mit verschiedenen Angriffspunkten . . B 31.3.1 Krfte in der Ebene B 3. 1.3.2 Krfte im Raum B 3.

1.4 Gleichgewicht und Gleichgewichtsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . B 41.4.1 Krftesystem im Raum B 4. 1.4.2 Krftesystem in der Ebene B 4. 1.4.3 Prinzip der virtuellen Arbeiten B 5. 1.4.4 Arten des Gleichgewichts B 5. 1.4.5 Standsicherheit B 6.

1.5 Lagerungsarten, Freimachungsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 6 1.6 Auflagerreaktionen an Krpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 61.6.1 Krper in der Ebene B 6. 1.6.2 Krper im Raum B 7.

1.7 Systeme starrer Krper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 7 1.8 Fachwerke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 81.8.1 Ebene Fachwerke B 8. 1.8.2 Rumliche Fachwerke B 9.

1.9 Seile und Ketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 91.9.1 Seil unter Eigengewicht (Kettenlinie) B 10. 1.9.2 Seil unter konstanter Streckenlast B 10. 1.9.3 Seil mit Einzellast B 11.

1.10 Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.11 Haftung und Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Kinematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.1.1 Allgemeines B 15. 2.1.2 Ebene Bewegung B 17. 2.1.3 Rumliche Bewegung B 19.

B 11 B 11 B 15 B 15 B 19

2.1 Bewegung eines Punkts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Bewegung starrer Krper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2.1 Translation (Parallelverschiebung, Schiebung) B 19. 2.2.2 Rotation (Drehbewegung, Drehung) B 19. 2.2.3 Allgemeine Bewegung des starren Krpers B 20.

3

Kinetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

B 24 B 24 B 25

3.1 Energetische Grundbegriffe Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad . . . . . . . . 3.2 Kinetik des Massenpunkts und des translatorisch bewegten Krpers . . . . . .3.2.1 Dynamisches Grundgesetz von Newton (2. Newtonsches Axiom) B 25. 3.2.2 Arbeits- und Energiesatz B 26. 3.2.3 Impulssatz B 26. 3.2.4 Prinzip von dAlembert und gefhrte Bewegungen B 26. 3.2.5 Impulsmomenten- (Flchen-) und Drehimpulssatz B 26.

3.3 Kinetik des Massenpunktsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

B 27

XIV

Inhaltsverzeichnis

3.3.1 Schwerpunktsatz B 27. 3.3.2 Arbeits- und Energiesatz B 27. 3.3.3 Impulssatz B 27. 3.3.4 Prinzip von dAlembert und gefhrte Bewegungen B 28. 3.3.5 Impulsmomenten- und Drehimpulssatz B 28. 3.3.6 Lagrangesche Gleichungen B 28. 3.3.7 Prinzip von Hamilton B 29. 3.3.8 Systeme mit vernderlicher Masse B 29.

3.4 Kinetik starrer Krper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 293.4.1 Rotation eines starren Krpers um eine feste Achse B 29. 3.4.2 Allgemeines ber Massentrgheitsmomente (Bild 11) B 30. 3.4.3 Allgemeine ebene Bewegung starrer Krper B 32. 3.4.4 Allgemeine rumliche Bewegung B 33.

3.5 Kinetik der Relativbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 35 3.6 Sto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 353.6.1 Gerader zentraler Sto B 35. 3.6.2 Schiefer zentraler Sto B 35. 3.6.3 Exzentrischer Sto B 36. 3.6.4 Drehsto B 36.

4

Schwingungslehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 364.1.1 Freie ungedmpfte Schwingungen B 36. 4.1.2 Freie gedmpfte Schwingungen B 37. 4.1.3 Ungedmpfte erzwungene Schwingungen B 38. 4.1.4 Gedmpfte erzwungene Schwingungen B 39. 4.1.5 Kritische Drehzahl und Biegeschwingung der einfach besetzten Welle B 39.

4.1 Systeme mit einem Freiheitsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 36

4.2 Systeme mit mehreren Freiheitsgraden (Koppelschwingungen) . . . . . . . . . . B 394.2.1 Freie Schwingungen mit zwei und mehr Freiheitsgraden B 40. 4.2.2 Erzwungene Schwingungen mit zwei und mehr Freiheitsgraden B 40. 4.2.3 Eigenfrequenzen ungedmpfter Systeme B 41. 4.2.4 Schwingungen der Kontinua B 41.

4.3 Nichtlineare Schwingungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 434.3.1 Schwinger mit nichtlinearer Federkennlinie oder Rckstellkraft B 43. 4.3.2 Schwingungen mit periodischen Koeffizienten (rheolineare Schwingungen) B 44.

5 6

Hydrostatik (Statik der Flssigkeiten) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 44 Hydro- und Aerodynamik (Strmungslehre, Dynamik der Fluide). . . . . . . B 466.1.1 Anwendungen der Bernoullischen Gleichung fr den stationren Fall B 47. 6.1.2 Anwendung der Bernoullischen Gleichung fr den instationren Fall B 47.

6.1 Eindimensionale Strmungen idealer Flssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . B 46

6.2 Eindimensionale Strmungen zher Newtonscher Flssigkeiten (Rohrhydraulik) . . B 486.2.1 Stationre laminare Strmung in Rohren mit Kreisquerschnitt B 48. 6.2.2 Stationre turbulente Strmung in Rohren mit Kreisquerschnitt B 48. 6.2.3 Strmung in Leitungen mit nicht vollkreisfrmigen Querschnitten B 49. 6.2.4 Strmungsverluste durch spezielle Rohrleitungselemente und Einbauten B 49. 6.2.5 Stationrer Ausfluss aus Behltern B 52. 6.2.6 Stationre Strmung durch offene Gerinne B 53. 6.2.7 Instationre Strmung zher Newtonscher Flssigkeiten B 53. 6.2.8 Freier Strahl B 53.

6.3 Eindimensionale Strmung Nicht-Newtonscher Flssigkeiten . . . . . . . . . . B 53 6.4 Kraftwirkungen strmender inkompressibler Flssigkeiten . . . . . . . . . . . . B 546.4.1 Impulssatz B 54. 6.4.2 Anwendungen B 54.

6.5 Mehrdimensionale Strmung idealer Flssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . B 556.5.1 Allgemeine Grundgleichungen B 55. 6.5.2 Potentialstrmungen B 56.

6.6 Mehrdimensionale Strmung zher Flssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . B 576.6.1 Bewegungsgleichungen von Navier-Stokes B 57. 6.6.2 Einige Lsungen fr kleine Reynoldssche Zahlen (laminare Strmung) B 58. 6.6.3 Grenzschichttheorie B 58. 6.6.4 Strmungswiderstand von Krpern B 59. 6.6.5 Tragflgel und Schaufeln B 60. 6.6.6 Schaufeln und Profile im Gitterverband B 61.

7

hnlichkeitsmechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 63

7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 63 7.2 hnlichkeitsgesetze (Modellgesetze) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 637.2.1 Statische hnlichkeit B 63. 7.2.2 Dynamische hnlichkeit B 64. 7.2.3 Thermische hnlichkeit B 64. Analyse der Einheiten (Dimensionsanalyse) und P-Theorem B 65.

8

Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B 65

C1

FestigkeitslehreAllgemeine Grundlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1.1 Spannungen C 1. 1.1.2 Verformungen C 3. 1.1.3 Formnderungsarbeit C 4.

C1 C1 C4 C5

1.1 Spannungen und Verformungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Festigkeitsverhalten der Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Festigkeitshypothesen und Vergleichsspannungen. . . . . . . . . . . . . . . .1.3.1 Normalspannungshypothese C 5. 1.3.2 Schubspannungshypothese C 6.

IInhaltsverzeichnis1.3.3 Gestaltnderungsenergiehypothese C 6. 1.3.4 Erweiterte Schubspannungshypothese C 6. 1.3.5 Anstrengungsverhltnis nach Bach C 6.

XV

2.1 Zug- und Druckbeanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 72.1.1 Stbe mit konstantem Querschnitt und konstanter Lngskraft C 7. 2.1.2 Stbe mit vernderlicher Lngskraft C 7. 2.1.3 Stbe mit vernderlichem Querschnitt C 7. 2.1.4 Stbe mit Kerben C 7. 2.1.5 Stbe unter Temperatureinfluss C 7.

2.2 Abscherbeanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 7 2.3 Flchenpressung und Lochleibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 82.3.1 Ebene Flchen C 8. 2.3.2 Gewlbte Flchen C 8.

2.4 Biegebeanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 82.4.1 Schnittlasten: Normalkraft, Querkraft, Biegemoment C 8. 2.4.2 Schnittlasten am geraden Trger in der Ebene C 8. 2.4.3 Schnittlasten an gekrmmten ebenen Trgern C 9. 2.4.4 Schnittlasten an rumlichen Trgern C 9. 2.4.5 Biegespannungen in geraden Balken C 9. 2.4.6 Schubspannungen und Schubmittelpunkt am geraden Trger C 13. 2.4.7 Biegespannungen in stark gekrmmten Trgern C 16. 2.4.8 Durchbiegung von Trgern C 17. 2.4.9 Formnderungsarbeit bei Biegung und Energiemethoden zur Berechnung von Einzeldurchbiegungen C 22.

2.5 Torsionsbeanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.5.1 Stbe mit Kreisquerschnitt und konstantem Durchmesser C 24. 2.5.2 Stbe mit Kreisquerschnitt und vernderlichem Durchmesser C 25. 2.5.3 Dnnwandige Hohlquerschnitte (Bredtsche Formeln) C 25. 2.5.4 Stbe mit beliebigem Querschnitt C 25. 2.5.5 Wlbkrafttorsion C 28.

C 24

2.6 Zusammengesetzte Beanspruchung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.6.1 Biegung und Lngskraft C 28. 2.6.2 Biegung und Schub C 28. 2.6.3 Biegung und Torsion C 28. 2.6.4 Lngskraft und Torsion C 29. 2.6.5 Schub und Torsion C 29. 2.6.6 Biegung mit Lngskraft sowie Schub und Torsion C 29.

C 28

2.7 Statisch unbestimmte Systeme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Elastizittstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

C 29 C 30 C 30 C 31 C 32 C 33 C 33 C 33 C 33 C 34 C 34

3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Rotationssymmetrischer Spannungszustand . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Ebener Spannungszustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Beanspruchung bei Berhrung zweier Krper (Hertzsche Formeln). . . . .

4.1 Kugel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Zylinder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Beliebig gewlbte Flche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Flchentragwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1.1 Rechteckplatten C 34. 5.1.2 Kreisplatten C 34. 5.1.3 Elliptische Platten C 35. 5.1.4 Gleichseitige Dreieckplatte C 35. 5.1.5 Temperaturspannungen in Platten C 35.

5.1 Platten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Scheiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2.1 Kreisscheibe C 35. 5.2.2 Ringfrmige Scheibe C 35. 5.2.3 Unendlich ausgedehnte Scheibe mit Bohrung C 36. 5.2.4 Keilfrmige Scheibe unter Einzelkrften C 36.

C 35

5.3 Schalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.1 Biegeschlaffe Rotationsschalen und Membrantheorie fr Innendruck C 36. 5.3.2 Biegesteife Schalen C 37.

C 36

6

Dynamische Beanspruchung umlaufender Bauteile durch Fliehkrfte . . . .

C 38 C 38 C 38 C 38

6.1 Umlaufender Stab. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Umlaufender dnnwandiger Ring oder Hohlzylinder. . . . . . . . . . . . . 6.3 Umlaufende Scheiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.3.1 Vollscheibe konstanter Dicke C 38. 6.3.2 Ringfrmige Scheibe konstanter Dicke C 38. 6.3.3 Scheiben gleicher Festigkeit C 38. 6.3.4 Scheiben vernderlicher Dicke C 39. 6.3.5 Umlaufender dickwandiger Hohlzylinder C 39.

7

Stabilittsprobleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.1.1 Knicken im elastischen (Euler-)Bereich C 39. 7.1.2 Knicken im unelastischen (Tetmajer-) Bereich C 40. 7.1.3 Nherungsverfahren zur Knicklastberechnung C 40. 7.1.4 Stbe bei nderung des Querschnitts bzw. der Lngskraft C 41. 7.1.5 Knicken von Ringen, Rahmen und Stabsystemen C 41. 7.1.6 Biegedrillknicken C 41.

C 39 C 39

7.1 Knickung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.2 Kippen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

C 41

XVI

Inhaltsverzeichnis

7.2.1 Trger mit Rechteckquerschnitt C 41. 7.2.2 Trger mit I-Querschnitt C 42.

7.3 Beulung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 427.3.1 Beulen von Platten C 42. 7.3.2 Beulen von Schalen C 43. 7.3.3 Beulspannungen im unelastischen (plastischen) Bereich C 44.

8

Finite Berechnungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 44

8.1 Finite Elemente Methode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 44 8.2 Randelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 47 8.3 Finite Differenzen Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 48 9 Plastizittstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 49

9.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 49 9.2 Anwendungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 509.2.1 Biegung des Rechteckbalkens C 50. 9.2.2 Rumlicher und ebener Spannungszustand C 50.

10

Festigkeitsnachweis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 51

10.1 Berechnungs- und Bewertungskonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 51 10.2 Nennspannungskonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 52 10.3 Kerbgrundkonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 53 11 12 Anhang C: Diagramme und Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 55 Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 59

D1

ThermodynamikThermodynamik. Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D1 D1 D1 D2 D2 D2 D2 D4 D4 D4 D5 D5 D7 D7 D7 D8 D8 D8 D9 D9 D9

1.1 Systeme, Systemgrenzen, Umgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Beschreibung des Zustands eines Systems. Thermodynamische Prozesse . . . . . 2 Temperaturen. Gleichgewichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1 Thermisches Gleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Nullter Hauptsatz und empirische Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Temperaturskalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3.1 Die Internationale Praktische Temperaturskala D 3.

3

Erster Hauptsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1 Allgemeine Formulierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Die verschiedenen Energieformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2.1 Arbeit D 4. 3.2.2 Innere Energie und Systemenergie D 4. 3.2.3 Wrme D 5.

3.3 Anwendung auf geschlossene Systeme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Anwendung auf offene Systeme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.4.1 Stationre Prozesse D 5. 3.4.2 Instationre Prozesse D 6.

4

Zweiter Hauptsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Das Prinzip der Irreversibilitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Allgemeine Formulierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Spezielle Formulierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.1 Adiabate, geschlossene Systeme D 8. 4.3.2 Systeme mit Wrmezufuhr D 8.

5

Exergie und Anergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1 Exergie eines geschlossenen Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Exergie eines offenen Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Exergie einer Wrme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Anergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IInhaltsverzeichnis

XVII

5.5 Exergieverluste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D 9 6 Stoffthermodynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.1.1 Ideale Gase D 10. 6.1.2 Gaskonstante und das Gesetz von Avogadro D 10. 6.1.3 Reale Gase D 10. 6.1.4 Dmpfe D 11.

D 10 D 10

6.1 Thermische Zustandsgren von Gasen und Dmpfen . . . . . . . . . . . .

6.2 Kalorische Zustandsgren von Gasen und Dmpfen . . . . . . . . . . . .6.2.1 Ideale Gase D 12. 6.2.2 Reale Gase und Dmpfe D 13.

D 12 D 14 D 14

6.3 Inkompressible Fluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Feste Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.4.1 Wrmedehnung D 14. 6.4.2 Schmelz- und Sublimationsdruckkurve D 14. 6.4.3 Kalorische Zustandsgren D 14.

7

Zustandsnderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

D 15 D 15 D 16 D 17 D 17 D 17 D 18

7.1 Zustandsnderungen ruhender Gase und Dmpfe . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Zustandsnderungen strmender Gase und Dmpfe . . . . . . . . . . . . .7.2.1 Strmung idealer Gase D 16. 7.2.2 Dsen- und Diffusorstrmung D 17.

8

Thermodynamische Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.1 Energiewandlung mittels Kreisprozessen . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Carnot-Prozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Wrmekraftanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.3.1 Ackeret-Keller-Prozess D 18. 8.3.2 Geschlossene Gasturbinenanlage D 19. 8.3.3 Dampfkraftanlage D 20.

8.4 Verbrennungskraftanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.4.1 Offene Gasturbinenanlage D 20. 8.4.2 Ottomotor D 21. 8.4.3 Dieselmotor D 21. 8.4.4 Brennstoffzellen D 22.

D 20

8.5 Klteanlagen und Wrmepumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.5.1 Kompressionsklteanlage D 22. 8.5.2 Kompressionswrmepumpe D 23.

D 22 D 23 D 24 D 24 D 24 D 27 D 27 D 27 D 28 D 28 D 28 D 29 D 30

8.6 Kraft-Wrme-Kopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Gemische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9.1 Gemische idealer Gase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Gas-Dampf-Gemische. Feuchte Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.2.1 Mollier-Diagramm der feuchten Luft D 25. 9.2.2 Zustandsnderungen feuchter Luft D 26.

10

Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.1 Reaktionsgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2 Heizwert und Brennwert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 Verbrennungstemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Wrmebertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.1 Stationre Wrmeleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Wrmebergang und Wrmedurchgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Nichtstationre Wrmeleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.3.1 Der halbunendliche Krper D 30. 11.3.2 Zwei halbunendliche Krper in thermischem Kontakt D 31. 11.3.3 Temperaturausgleich in einfachen Krpern D 31.

11.4 Wrmebergang durch Konvektion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.4.1 Wrmebergang ohne Phasenumwandlung D 32. 11.4.2 Wrmebergang beim Kondensieren und beim Sieden D 34.

D 32

11.5 Wrmebertragung durch Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.5.1 Gesetz von Stefan-Boltzmann D 35. 11.5.2 Kirchhoffsches Gesetz D 35. 11.5.3 Wrmeaustausch durch Strahlung D 35. 11.5.4 Gasstrahlung D 36.

D 35

12 13

Anhang D: Diagramme und Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

D 36 D 36

XVIII

Inhaltsverzeichnis

E1

WerkstofftechnikWerkstoff- und Bauteileigenschaften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1.1 Belastungs- und Beanspruchungsflle E 2. 1.1.2 Versagen durch mechanische Beanspruchung E 3. 1.1.3 Versagen durch komplexe Beanspruchungen E 4.

E2 E2

1.1 Beanspruchungs- und Versagensarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Grundlegende Konzepte fr den Festigkeitsnachweis . . . . . . . . . . . . . .1.2.1 Festigkeitshypothesen E 6. 1.2.2 Nennspannungskonzept E 6. 1.2.3 rtliches Konzept E 7. 1.2.4 Plastisches Grenzlastkonzept E 7. 1.2.5 Bruchmechanikkonzepte E 7.

E6

1.3 Werkstoffkennwerte fr die Bauteildimensionierung . . . . . . . . . . . . . .1.3.1 Statische Festigkeit E 9. 1.3.2 Schwingfestigkeit E 9. 1.3.3 Bruchmechanische Werkstoffkennwerte bei statischer Beanspruchung E 10. 1.3.4 Bruchmechanische Werkstoffkennwerte bei zyklischer Beanspruchung E 12.

E9

1.4 Einflsse auf die Werkstoffeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 131.4.1 Werkstoffphysikalische Grundlagen der Festigkeit und Zhigkeit metallischer Werkstoffe E 13. 1.4.2 Metallurgische Einflsse E 13. 1.4.3 Technologische Einflsse E 14. 1.4.4 Oberflcheneinflsse E 14. 1.4.5 Umgebungseinflsse E 15. 1.4.6 Gestalteinfluss auf statische Festigkeitseigenschaften E 16. 1.4.7 Gestalteinfluss auf Schwingfestigkeitseigenschaften E 16.

1.5 Festigkeitsnachweis von Bauteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 171.5.1 Festigkeitsnachweis bei statischer Beanspruchung E 17. 1.5.2 Festigkeitsnachweis bei Schwingbeanspruchung mit konstanter Amplitude E 18. 1.5.3 Festigkeitsnachweis bei Schwingbeanspruchung mit variabler Amplitude (Betriebsfestigkeitsnachweis) E 18. 1.5.4 Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis unter statischer Beanspruchung E 20. 1.5.5 Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis unter zyklischer Beanspruchung E 21. 1.5.6 Festigkeitsnachweis unter Zeitstand- und Kriechermdungsbeanspruchung E 21.

2

Werkstoffprfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 232.1.1 Probenentnahme E 23. 2.1.2 Versuchsauswertung E 24.

2.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 23 2.2 Prfverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 242.2.1 Zugversuch E 24. 2.2.2 Druckversuch E 25. 2.2.3 Biegeversuch E 26. 2.2.4 Hrteprfverfahren E 26. 2.2.5 Kerbschlagbiegeversuch E 27. 2.2.6 Bruchmechanische Prfungen E 27. 2.2.7 Chemische und physikalische Analysemethoden E 28. 2.2.8 Metallographische Untersuchungen E 29. 2.2.9 Technologische Prfungen E 30. 2.2.10 Zerstrungsfreie Werkstoffprfung E 30. 2.2.11 Dauerversuche E 31.

3

Eigenschaften und Verwendung der Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . E 323.1.1 Das Zustandsschaubild Eisen-Kohlenstoff E 32. 3.1.2 Stahlerzeugung E 32. 3.1.3 Wrmebehandlung E 34. 3.1.4 Sthle E 38. 3.1.5 Gusseisenwerkstoffe E 49.

3.1 Eisenwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 32

3.2 Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 523.2.1 Kupfer und seine Legierungen E 52. 3.2.2 Aluminium und seine Legierungen E 54. 3.2.3 Magnesiumlegierungen E 55. 3.2.4 Titanlegierungen E 56. 3.2.5 Nickel und seine Legierungen E 57. 3.2.6 Zink und seine Legierungen E 57. 3.2.7 Blei E 58. 3.2.8 Zinn E 58. 3.2.9 berzge auf Metallen E 58.

3.3 Nichtmetallische anorganische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 593.3.1 Keramische Werkstoffe E 59. 3.3.2 Glas E 61. 3.3.3 Beton E 62. 3.3.4 Holz E 63.

3.4 Werkstoffauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 66 4 Kunststoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 67

4.1 Einfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 67 4.2 Aufbau und Verhalten von Kunststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 68 4.3 Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 68 4.4 Wichtige Thermoplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 69 4.5 Fluorhaltige Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 71 4.6 Duroplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 71 4.7 Kunststoffschume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 72 4.8 Elastomere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 72 4.9 Prfung von Kunststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 734.9.1 Kennwertermittlung an Probekrpern E 73. 4.9.2 Prfung von Fertigteilen E 76.

4.10 Verarbeiten von Kunststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 76

IInhaltsverzeichnis4.10.1 Urformen von Kunststoffen E 76. 4.10.2 Umformen von Kunststoffen E 78. 4.10.3 Fgen von Kunststoffen E 79.

XIX

4.11 Gestalten und Fertigungsgenauigkeit von Kunststoff-Formteilen . . . . . . . . 4.12 Nachbehandlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Tribologie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

E 80 E 81 E 82 E 82 E 82 E 83

5.1 Reibung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Verschlei. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Systemanalyse von Reibungs- und Verschleivorgngen . . . . . . . . . . .5.3.1 Funktion von Tribosystemen E 84. 5.3.2 Beanspruchungskollektiv E 84. 5.3.3 Struktur tribologischer Systeme E 85. 5.3.4 Tribologische Kenngren E 85. 5.3.5 Checkliste zur Erfassung der wichtigsten tribologisch relevanten Gren E 85.

5.4 Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Schmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.5.1 Schmierle E 86. 5.5.2 Schmierfette E 88. 5.5.3 Festschmierstoffe E 89.

E 85 E 85 E 89 E 89 E 89 E 90 E 90 E 93

5.6 Tribotechnische Werkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Korrosion und Korrosionsschutz von Metallen . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Einfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Mechanismen der Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Korrosionserscheinungen (Korrosionsarten) . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 berlagerung von Korrosion und mechanischer Beanspruchung . . . . . . . .6.4.1 Spannungsrisskorrosion E 93. 6.4.2 Schwingungsrisskorrosion (Bild 13) E 94. 6.4.3 Korrosionsverschlei E 95. 6.4.4 Reibkorrosion (Schwingverschlei) E 95. 6.4.5 Erosionskorrosion E 95. 6.4.6 Kavitationskorrosion E 96. 6.4.7 Wasserstoffinduzierte Rissbildung E 96.

6.5 Korrosionsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.5.1 Allgemeines E 96. 6.5.2 Werkstoffreinheit E 96. 6.5.3 Legierungstechnische Manahmen E 97. 6.5.4 Erzeugung von Diffusionsschichten E 97. 6.5.5 Schutz durch metallische berzge E 97. 6.5.6 Kathodischer Schutz E 97. 6.5.7 Korrosionsschutz durch Inhibitoren E 97. 6.5.8 Korrosionsschutzgerechte Konstruktion E 97. 6.5.9 Korrosionsschutzgerechte Fertigung E 98.

E 96

6.6 Korrosionsprfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.6.1 Allgemeines E 98. 6.6.2 Hinweise zu den einzelnen Gruppen von Prfverfahren E 98.

E 98 E 99

7 8

Anhang E: Diagramme und Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 131

F1

Grundlagen der KonstruktionstechnikGrundlagen technischer Systeme und des methodischen Vorgehens . . . . . .1.1.1 Energie-, Stoff- und Signalumsatz F 1. 1.1.2 Funktionszusammenhang F 2. 1.1.3 Wirkzusammenhang F 3. 1.1.4 Bauzusammenhang F 3. 1.1.5 Systemzusammenhang F 3. 1.1.6 Generelle Zielsetzung und Bedingungen F 3.

F1 F1

1.1 Technische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Methodisches Vorgehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2.1 Allgemeine Arbeitsmethodik F 4. 1.2.2 Allgemeiner Lsungsproze F 4. 1.2.3 Abstrahieren zum Erkennen der Funktionen F 5. 1.2.4 Suche nach Lsungsprinzipien F 5. 1.2.5 Beurteilen von Lsungen F 7.

F4

1.3 Konstruktionsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.3.1 Klren der Aufgabenstellung F 11. 1.3.2 Konzipieren F 12. 1.3.3 Entwerfen F 12. 1.3.4 Ausarbeiten F 12. 1.3.5 Effektive Organisationsformen F 13. 1.3.6 Rapid Prototyping F 14. 1.3.7 Konstruktionsarten F 15.

F 11

1.4 Gestaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.4.1 Grundregeln F 15. 1.4.2 Gestaltungsprinzipien F 15. 1.4.3 Gestaltungsrichtlinien F 18. 1.4.4 FaserKunststoff-Verbunde F 21.

F 15

1.5 Baureihen- und Baukastenentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.5.1 hnlichkeitsbeziehungen F 25. 1.5.2 Dezimalgeometrische Normzahlreihen F 26. 1.5.3 Geometrisch hnliche Baureihe F 27. 1.5.4 Halbhnliche Baureihen F 28. 1.5.5 Anwenden von Exponentengleichungen F 28. 1.5.6 Baukasten F 28.

F 25

1.6 Normen- und Zeichnungswesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

F 29

XX

Inhaltsverzeichnis

1.6.1 Normenwerk F 29. 1.6.2 Grundnormen F 30. 1.6.3 Zeichnungen und Stcklisten F 34. 1.6.4 Sachnummernsysteme F 35.

2

Anwendung fr Maschinensysteme der Stoffverarbeitung . . . . . . . . . . F 372 Anwendung fr Maschinensysteme der Stoffverarbeitung F 37.

2.1 Aufgabe und Einordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F 37 2.2 Struktur von Verarbeitungsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F 382.2.1 Verarbeitungssystem F 38. 2.2.2 Antriebs- und Steuerungssystem F 42. 2.2.3 Raumsystem F 45.

2.3 Verarbeitungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F 47 3 Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F 47

G Mechanische Konstruktionselemente1 Bauteilverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Bauteilverbindungen G 3.

G3

1.1 Schweien 1.1 Schweien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1.1 Schweiverfahren G 3. 1.1.2 Schweibarkeit der Werkstoffe G 3. 1.1.3 Sto- und Nahtarten G 10. 1.1.4 Darstellung der Schweinhte G 12. 1.1.5 Festigkeit von Schweiverbindungen G 12. 1.1.6 Thermisches Abtragen G 19.

G3

1.2 Lten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 221.2.1 Vorgang G 22. 1.2.2 Weichlten G 22. 1.2.3 Hartlten und Schweilten (Fugenlten) G 22. 1.2.4 Hochtemperaturlten G 22.

1.3 Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 241.3.1 Anwendung und Vorgang G 24. 1.3.2 Klebstoffe G 24. 1.3.3 Tragfhigkeit G 25.

1.4 Reibschlussverbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 261.4.1 Formen, Anwendungen G 26. 1.4.2 Pressverbnde G 26. 1.4.3 Klemmverbindungen G 29.

1.5 Formschlussverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 301.5.1 Formen, Anwendungen G 30. 1.5.2 Stiftverbindungen G 30. 1.5.3 Bolzenverbindungen G 31. 1.5.4 Keilverbindungen G 32. 1.5.5 Pass- und Scheibenfeder-Verbindungen G 32. 1.5.6 Zahn- und Keilwellenverbindungen G 33. 1.5.7 Polygonwellenverbindungen G 33. 1.5.8 Vorgespannte Welle-NabeVerbindungen G 33. 1.5.9 Axiale Sicherungselemente G 34. 1.5.10 Nietverbindungen G 34.

1.6 Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 351.6.1 Aufgaben G 35. 1.6.2 Kenngren der Schraubenbewegung G 35. 1.6.3 Gewindearten G 36. 1.6.4 Schrauben- und Mutterarten G 37. 1.6.5 Schrauben- und Mutternwerkstoffe G 38. 1.6.6 Krfte und Verformungen beim Anziehen von Schraubenverbindungen G 38. 1.6.7 berlagerung von Vorspannkraft und Betriebslast G 41. 1.6.8 Auslegung und Dauerfestigkeitsberechnung von Schraubenverbindungen G 43. 1.6.9 Sicherung von Schraubenverbindungen G 46.

2

Federnde Verbindungen (Federn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 472.1.1 Aufgaben G 47. 2.1.2 Federkennlinie, Federsteifigkeit, Federnachgiebigkeit G 48. 2.1.3 Arbeitsaufnahmefhigkeit, Nutzungsgrad, Dmpfungsvermgen, Dmpfungsfaktor G 48.

2.1 Aufgaben, Eigenschaften, Kenngren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 47

2.2 Metallfedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 482.2.1 Zug/Druck-beanspruchte Zug- oder Druckfedern G 48. 2.2.2 Einfache und geschichtete Blattfedern (gerade oder schwachgekrmmte, biegebeanspruchte Federn) G 49. 2.2.3 Spiralfedern (ebene gewundene, biegebeanspruchte Federn) und Schenkelfedern (biegebeanspruchte Schraubenfedern) G 50. 2.2.4 Tellerfedern (scheibenfrmige, biegebeanspruchte Federn) G 51. 2.2.5 Drehstabfedern (gerade, drehbeanspruchte Federn) G 52. 2.2.6 Zylindrische Schraubendruckfedern und Schraubenzugfedern G 53.

2.3 Gummifedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 552.3.1 Der Werkstoff Gummi und seine Eigenschaften G 55. 2.3.2 Gummifederelemente G 56.

2.4 Federn aus Faser-Kunststoff-Verbunden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 58 2.5 Gasfedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 58 2.6 Industrie-Stodmpfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 582.6.1 Anwendungsgebiete G 58. 2.6.2 Funktionsweise des Industrie-Stodmpfers G 59. 2.6.3 Aufbau eines Industrie-Stodmpfers (Bild 17) G 59. 2.6.4 Berechnung und Auswahl (Bild 18) G 59.

3

Kupplungen und Bremsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 60

3.1 berblick, Aufgaben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 60 3.2 Drehstarre, nicht schaltbare Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 603.2.1 Starre Kupplungen G 60. 3.2.2 Drehstarre Ausgleichskupplungen G 60.

IInhaltsverzeichnis3.3 Elastische, nicht schaltbare Kupplungen. . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3.1 Feder- und Dmpfungsverhalten G 62. 3.3.2 Auslegungsgesichtspunkte, Schwingungsverhalten G 64. 3.3.3 Bauarten G 65. 3.3.4 Auswahlgesichtspunkte G 66.

XXIG 62

3.4 Drehnachgiebige, nicht schaltbare Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Fremdgeschaltete Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.5.1 Formschlssige Schaltkupplungen G 67. 3.5.2 Kraft-(Reib-)schlssige Schaltkupplungen G 67. 3.5.3 Der Schaltvorgang bei reibschlssigen Schaltkupplungen G 68. 3.5.4 Auslegung einer reibschlssigen Schaltkupplung G 70. 3.5.5 Auswahl einer Kupplungsgre G 70. 3.5.6 Allgemeine Auswahlkriterien G 70. 3.5.7 Bremsen G 71.

G 66 G 66

3.6 Selbstttig schaltende Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.6.1 Drehmomentgeschaltete Kupplungen G 72. 3.6.2 Drehzahlgeschaltete Kupplungen G 72. 3.6.3 Richtungsgeschaltete Kupplungen (Freilufe) G 73.

G 72

4

Wlzlager. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

G 74 G 74 G 74 G 78 G 78 G 79 G 79

4.1 Kennzeichen und Eigenschaften der Wlzlager . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Bauarten der Wlzlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2.1 Lager fr rotierende Bewegungen G 74. 4.2.2 Linearwlzlager G 78.

4.3 Wlzlagerkfige . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Wlzlagerwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Bezeichnungen fr Wlzlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Konstruktive Ausfhrung von Lagerungen . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6.1 Fest-Loslager-Anordnung G 79. 4.6.2 Schwimmende oder Sttz-Traglagerung und angestellte Lagerung G 80. 4.6.3 Lagersitze, axiale und radiale Festlegung der Lagerringe G 81. 4.6.4 Lagerluft G 81.

4.7 Wlzlagerschmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.1 Allgemeines G 81. 4.7.2 Fettschmierung G 82. 4.7.3 lschmierung G 83. 4.7.4 Feststoffschmierung G 84.

G 81

4.8 Wlzlagerdichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.9 Belastbarkeit und Lebensdauer der Wlzlager . . . . . . . . . . . . . . .4.9.1 Grundlagen G 84. 4.9.2 Statische bzw. dynamische Tragfhigkeit und Lebensdauerberechnung G 85.

G 84 G 84 G 88 G 89 G 89

4.10 Bewegungswiderstand und Referenzdrehzahlen der Wlzlager . . . . . . . . 5 Gleitlagerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1.1 Aufgabe, Einteilung und Anwendungen G 89. 5.1.2 Wirkungsweise G 89. 5.1.3 Reibungszustnde G 90.

5.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Berechnung hydrodynamischer Gleitlager . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2.1 Stationr belastete Radialgleitlager G 90. 5.2.2 Radialgleitlager im instationren Betrieb G 93. 5.2.3 Stationr belastete Axialgleitlager G 93. 5.2.4 Mehrgleitflchenlager G 96.

G 90

5.3 Hydrostatische Anfahrhilfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Berechnung hydrostatischer Gleitlager . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.4.1 Hydrostatische Radialgleitlager G 97. 5.4.2 Hydrostatische Axialgleitlager G 98.

G 97 G 97 G 99 G 99

5.5 Dichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Wartungsfreie Gleitlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.7.1 Konstruktion und Schmierspaltausbildung G 100. G 100. 5.7.2 Lagerschmierung G 100. 5.7.3 Lagerkhlung G 101. 5.7.4 Lagerwerkstoffe G 101. G 101. 5.7.5 Lagerbauformen G 102.

5.7 Konstruktive Gestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 100

6

Zugmittelgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 102

6.1 Bauarten, Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 102 6.2 Flachriemengetriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 1036.2.1 Krfte am Flachriemengetriebe G 103. 6.2.2 Beanspruchungen G 103. 6.2.3 Geometrische Beziehungen G 104. 6.2.4 Kinematik, Leistung, Wirkungsgrad G 104. 6.2.5 Riemenlauf und Vorspannung G 105. 6.2.6 Riemenwerkstoffe G 106. 6.2.7 Entwurfsberechnung G 106.

6.3 Keilriemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 1076.3.1 Anwendungen und Eigenschaften G 107. 6.3.2 Typen und Bauarten von Keilriemen G 108. 6.3.3 Entwurfsberechnung G 108.

6.4 Synchronriemen (Zahnriemen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G 1096.4.1 Aufbau, Eigenschaften, Anwendung G 109. 6.4.2 Gestaltungshinweise G 109. 6.4.3 Entwurfsberechnung G 109.

XXII

Inhaltsverzeichnis

6.5 Kettengetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.5.1 Bauarten, Eigenschaften, Anwendung G 109. 6.5.2 Gestaltungshinweise G 110. 6.5.3 Entwurfsberechnung G 110.

G 109

7

Reibradgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

G 110 G 110 G 111

7.1 Wirkungsweise, Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Bauarten, Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.2.1 Reibradgetriebe mit festem bersetzungsverhltnis G 111. 7.2.2 Wlzgetriebe mit stufenlos einstellbarer bersetzung G 111.

7.3 Berechnungsgrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.1 Bohrbewegung G 114. 7.3.2 Schlupf G 114. 7.3.3 bertragbare Leistung und Wirkungsgrad G 115. 7.3.4 Gebruchliche Werkstoffpaarungen G 116.

G 114

7.4 Hinweise fr Anwendung und Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Zahnradgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.1.1 Verzahnungsgesetz G 117. 8.1.2 bersetzung, Zhnezahlverhltnis, Momentenverhltnis G 118. 8.1.3 Konstruktion von Eingriffslinie und Gegenflanke G 118. 8.1.4 Flankenlinien und Formen der Verzahnung G 118. 8.1.5 Allgemeine Verzahnungsgren G 118. 8.1.6 Gleit- und Rollbewegung G 120. 8.1.7 Evolventenverzahnung G 120. 8.1.8 Sonstige Verzahnungen (auer Evolventen) und ungleichmig bersetzende Zahnrder G 122.

G 116 G 117 G 117

8.1 Stirnrder Verzahnungsgeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.2 Verzahnungsabweichungen und -toleranzen, Flankenspiel . . . . . . . . . . . 8.3 Schmierung und Khlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4 Werkstoffe und Wrmebehandlung Verzahnungsherstellung . . . . . . . . . 8.5 Tragfhigkeit von Gerad- und Schrgstirnrdern . . . . . . . . . . . . . . .8.5.1 Zahnschden und Abhilfen G 126. 8.5.2 Pflichtenheft G 127. 8.5.3 Anhaltswerte fr die Dimensionierung G 127. 8.5.4 Nachrechnung der Tragfhigkeit G 127.

G 123 G 124 G 126 G 126

8.6 Kegelrder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.6.1 Geradzahn-Kegelrder G 134. 8.6.2 Kegelrder mit Schrg- oder Bogenverzahnung G 134. 8.6.3 Zahnform G 134. 8.6.4 Kegelrad-Geometrie G 134. 8.6.5 Tragfhigkeit G 135. 8.6.6 Lagerkrfte G 135. 8.6.7 Hinweise zur Konstruktion von Kegelrdern G 135. 8.6.8 Sondergetriebe G 135.

G 134

8.7 Stirnschraubrder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.8 Schneckengetriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.8.1 Zylinderschnecken-Geometrie G 136. 8.8.2 Auslegung G 137. 8.8.3 Zahnkrfte, Lagerkrfte G 138. 8.8.4 Geschwindigkeiten, Beanspruchungskennwerte G 138. 8.8.5 Reibungszahl, Wirkungsgrad G 138. 8.8.6 Nachrechnung der Tragfhigkeit G 140. 8.8.7 Gestaltung, Werkstoffe, Lagerung, Genauigkeit, Schmierung, Montage G 141.

G 136 G 136

8.9 Umlaufgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.9.1 Kinematische Grundlagen, Bezeichnungen G 142. 8.9.2 Allgemeingltigkeit der Berechnungsgleichungen G 143. 8.9.3 Vorzeichenregeln G 144. 8.9.4 Drehmomente, Leistungen, Wirkungsgrade G 144. 8.9.5 Selbsthemmung und Teilhemmung G 146. 8.9.6 Konstruktive Hinweise G 146. 8.9.7 Auslegung einfacher Planetengetriebe G 147. 8.9.8 Zusammengesetzte Planetengetriebe G 148.

G 142

8.10 Gestaltung der Zahnradgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.10.1 Bauarten G 150. 8.10.2 Anschluss an Motor und Arbeitsmaschine G 152. 8.10.3 Gestalten und Bemaen der Zahnrder G 152. 8.10.4 Gestalten der Gehuse G 152. 8.10.5 Lagerung G 153.

G 150

9

Getriebetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.1.1 Grundlagen G 154. 9.1.2 Arten ebener Getriebe G 155.

G 154 G 154 G 158

9.1 Getriebesystematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Getriebeanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.2.1 Kinematische Analyse ebener Getriebe G 158. 9.2.2 Kinetostatische Analyse ebener Getriebe G 160. 9.2.3 Kinematische Analyse rumlicher Getriebe G 161. 9.2.4 Laufgte der Getriebe G 161.

9.3 Getriebesynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.3.1 Viergelenkgetriebe G 162. 9.3.2 Kurvengetriebe G 163.

G 162 G 164 G 165 G 182

9.4 Sondergetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 11 Anhang G: Diagramme und Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IInhaltsverzeichnis

XXIII

H Fluidische Antriebe1 Grundlagen der fluidischen Energiebertragung . . . . . . . . . . . . . . H 11.1.1 Energiebertragung durch Flssigkeiten H 1. 1.1.2 Energiebertragung durch Gase H 3.

1.1 Der Flieprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H 1 1.2 Hydraulikflssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H 3 1.3 Systematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H 41.3.1 Aufbau und Funktion der Hydrogetriebe H 4. 1.3.2 Ordnung der Fluidgetriebe H 4.

2

Bauelemente hydrostatischer Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . H 42.1.1 Zahnradpumpen und Zahnring-(Gerotor-)pumpen H 6. 2.1.2 Flgelzellenpumpen H 7. 2.1.3 Kolbenpumpen H 8. 2.1.4 Andere Pumpenbauarten H 8. 2.1.5 Hydromotoren in Umlaufverdrngerbauart H 10. 2.1.6 Hydromotoren in Hubverdrnger-(Kolben-)bauart H 10.

2.1 Verdrngermaschinen mit rotierender Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . H 4

2.2 Verdrngermaschinen mit translatorischem (Ein- und) Ausgang . . . . . . . . 2.3 Hydroventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3.1 Wegeventile H 10. 2.3.2 Sperrventile H 12. 2.3.3 Druckventile H 12. 2.3.4 Stromventile H 13. 2.3.5 Proportionalventile H 13.

H 10 H 10

2.4 Hydraulikzubehr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Aufbau und Funktion der Hydrogetriebe . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.1 Offener Kreislauf (Bild 1 a) H 14. 3.1.2 Geschlossener Kreislauf (Bild 1 b) H 14. 3.1.3 Halboffener Kreislauf H 15.

H 14 H 14 H 14

3.1 Hydrokreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Funktion der Hydrogetriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2.1 Berechnung des stationren Betriebsverhaltens H 15. 3.2.2 Dynamisches Betriebsverhalten H 15.

H 15 H 15

3.3 Steuerung der Getriebebersetzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3.1 Getriebe mit Verstelleinheiten H 15. 3.3.2 Selbstttig arbeitende Regler und Verstellungen an Verstellmaschinen H 16. 3.3.3 Stromteilgetriebe H 17.

4

Ausfhrung und Auslegung von Hydrogetrieben . . . . . . . . . . . . .

H 17 H 17 H 18 H 19 H 19 H 20 H 21 H 23

4.1 Getriebeschaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Auslegung von Hydrokreisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Pneumatische Antriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1 Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7 Anhang H: Diagramme und Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I Mechatronische Systeme1 Mechatronik: Methodik und Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . I1 I1 I1 I1 I3 I6 I6 1.1 Einfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Basisdisziplinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Modellbildung und Entwurf. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Komponenten mechatronischer Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.4.1 Sensoren I 3. 1.4.2 Aktoren I 3. 1.4.3 Prozedatenverarbeitung und Bussysteme I 4.

2

Elektronische Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.1.1 Aufbau elektronischer Schaltungen I 6. 2.1.2 Widerstnde I 6. 2.1.3 Kapazitten I 7. 2.1.4 Induktivitten I 7.

2.1 Passive Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Dioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2.1 Diodenkennlinien und Daten I 8. 2.2.2 Schottky-Dioden I 8. 2.2.3 Kapazittsdioden I 8. 2.2.4 Z-Dioden I 8. 2.2.5 Leistungsdioden I 9.

I8

2.3 Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3.1 Bipolartransistoren I 9. 2.3.2 Feldeffekttransistoren I 10. 2.3.3 IGB-Transistoren I 11.

I9

XXIV

Inhaltsverzeichnis

2.4 Thyristoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.1 Thyristorkennlinien und Daten I 12. 2.4.2 Steuerung des Thyristors I 13. 2.4.3 Triacs, Diacs I 13. 2.4.4 Abschaltbare Thyristoren I 13.

I 11

2.5 Operationsverstrker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Optoelektronische Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.6.1 Optoelektronische Empfnger I 15. 2.6.2 Optoelektronische Sender I 15. 2.6.3 Optokoppler I 16.

I 13 I 14 I 16 I 16 I 16 I 18

3

Aufbau mechatronischer Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1 Einfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Beispiele mechatronischer Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

K Komponenten des thermischen Apparatebaus1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K1 K1 K1 1.1 Unterscheidungsmerkmale von wrmebertragenden Apparaten . . . . . . . . . 1.2 Wrme- und strmungstechnische Auslegung. . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2.1 Wrmetechnische Auslegung von Rekuperatoren K 1. 1.2.2 Wrmetechnische Auslegung von Regeneratoren K 3. 1.2.3 Druckverlustberechnung K 3.

1.3 Stromfhrung und Betriebscharakteristik wrmebertragender Apparate. . . . . . 1.4 Wirkungsgrade, Exergieverluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.4.1 Wirkungsgrade K 4. 1.4.2 Exergieverluste K 5.

K4 K4 K5 K5 K5 K6 K7 K9

2

Konstruktionselemente von Apparaten und Rohrleitungen . . . . . . . . . .

2.1 Berechnungsgrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Zylindrische Mntel und Rohre unter innerem berdruck . . . . . . . . . . . . 2.3 Zylindrische Mntel unter uerem berdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Ebene Bden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Gewlbte Bden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6 Ausschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 10 2.7 Flanschverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 112.7.1 Schrauben K 11. 2.7.2 Flansche K 13.

2.8 Rohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 152.8.1 Rohrdurchmesser K 15. 2.8.2 Strmungsverluste K 15. 2.8.3 Rohrarten, Normen, Werkstoffe K 15. 2.8.4 Rohrverbindungen K 16. 2.8.5 Dehnungsausgleicher K 17. 2.8.6 Rohrhalterungen K 18.

2.9 Absperr- und Regelorgane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 182.9.1 Allgemeines K 18. 2.9.2 Ventile K 20. 2.9.3 Schieber K 21. 2.9.4 Hhne (Drehschieber) K 21. 2.9.5 Klappen K 21.

2.10 Dichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 222.10.1 Berhrungsdichtungen an ruhenden Flchen K 22. 2.10.2 Berhrungsdichtungen an gleitenden Flchen K 23.

3

Bauarten von Wrmebertragern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 24

3.1 Rohrbndelapparate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 24 3.2 Sonstige Bauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 25 4 Kondensation und Rckkhlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 27

4.1 Grundbegriffe der Kondensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 27 4.2 Oberflchenkondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 284.2.1 Wrmetechnische Berechnung K 28. 4.2.2 Kondensatoren in Dampfkraftanlagen K 28. 4.2.3 Kondensatoren in der chemischen Industrie K 28. 4.2.4 Konstruktive Gesichtspunkte K 28.

4.3 Einspritz-(Misch-)Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 29 4.4 Luftgekhlte Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 29 4.5 Hilfsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K 304.5.1 Trockenluftpumpen K 30. 4.5.2 Khlwasser- und Kondensatpumpen K 30.

IInhaltsverzeichnis4.6 Indirekte Luftkhlung und Rckkhlanlagen . . . . . . . . . . . . . . . .4.6.1 Bauarten K 31. 4.6.2 Berechnung K 32.

XXVK 31 K 33 K 35

5 6

Anhang K: Diagramme und Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

L1

Energietechnik und WirtschaftGrundstze der Energieversorgung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 1

1.1 Planung und Investitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 2 1.2 Elektrizittswirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 3 1.3 Gaswirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 5 1.4 Fernwrmewirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 6 2 Primrenergien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 7

2.1 Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 7 2.2 Feste Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 7 2.3 Flssige Brennstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 9 2.4 Gasfrmige Brennstoffe oder Brenngase . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Kernbrennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Regenerative Energien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Wandlung von Primrenergie in Nutzenergie . . . . . . . . . . . . . .3.1.1 Wrmekraftwerke L 17. 3.1.2 Kernkraftwerke L 22. 3.1.3 Kombi-Kraftwerke L 23. 3.1.4 Motorkraftwerke L 25. 3.1.5 Brennstoffzelle L 25.

L 11 L 13 L 15 L 17 L 17

3.1 Erzeugung elektrischer Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Kraft-Wrme-Kopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Wandlung regenerativer Energien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3.1 Wasserkraftanlagen (s. L 2.6) L 28. 3.3.2 Windkraftanlagen L 28. 3.3.3 Anlagen zur Nutzung der Sonnenenergie L 29. 3.3.4 Wrmepumpen L 31.

L 26 L 28

4

Verteilen und Speicherung von Nutzenergie . . . . . . . . . . . . . . .4.1.1 Mineralltransporte L 31. 4.1.2 Erdgastransporte L 32. 4.1.3 Elektrische Verbundnetze L 33. 4.1.4 Fernwrmetransporte L 34.

L 31 L 31

4.1 Energietransport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Energiespeicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Feuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1.1 Verbrennungsvorgang L 36. 5.1.2 Kennzahlen L 36. 5.1.3 Druckzustnde L 37. 5.1.4 Emissionen L 38.

L 34 L 36 L 36

5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Feuerungen fr feste Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2.1 Rostfeuerungen L 39. 5.2.2 Kohlenstaubfeuerung L 40. 5.2.3 Wirbelschichtfeuerung L 43.

L 39 L 44 L 45 L 46. L 46

5.3 Feuerungen fr flssige Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.1 Besondere Eigenschaften L 44. 5.3.2 Brenner L 45. 5.3.3 Gesamtanlage L 45.

5.4 Feuerungen fr gasfrmige Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.4.1 Verbrennung und Brennereinteilung L 45 5.4.2 Brennerbauarten L 46.

5.5 Allgemeines Feuerungszubehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.5.1 Geblse L 46. 5.5.2 Schornstein L 46

5.6 Umweltschutztechnologien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.6.1 Rauchgasentstaubung L 46. 5.6.2 Rauchgasentschwefelung L 47. 5.6.3 Rauchgasentstickung L 49. 5.6.4 Entsorgung der Kraftwerksnebenprodukte L 49.

6

Dampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.1.1 Bauarten L 50. 6.1.2 Dampferzeugersysteme L 50. 6.1.3 Drcke L 51. 6.1.4 Temperaturen L 51. 6.1.5 Leistung L 51. 6.1.6 Sicherheit L 51.

L 50 L 50

6.1 Angaben zum System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XXVI

Inhaltsverzeichnis

6.2 Ausgefhrte Dampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 526.2.1 Growasserraumkessel L 52. 6.2.2 Naturumlaufkessel fr fossile Brennstoffe L 52. 6.2.3 Zwanglaufkessel fr fossile Brennstoffe L 53. 6.2.4 Dampferzeuger fr Kernreaktoren [10] L 55.

6.3 Teile und Bauelemente von Dampferzeugern . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 556.3.1 Verdampfer L 55. 6.3.2 berhitzer und Zwischenberhitzer L 57. 6.3.3 Speisewasservorwrmer (Eco) L 58. 6.3.4 Luftvorwrmer (Luvo) L 58. 6.3.5 Speisewasseraufbereitung L 59

6.4 Wrmetechnische Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 596.4.1 Energiebilanz und Wirkungsgrad L 59. 6.4.2 Ermittlung der Heizflche L 60. 6.4.3 Strmungswiderstnde L 60. 6.4.4 Festigkeitsberechnung L 61.

7

Kernreaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 61

7.1 Bauteile des Reaktors und Reaktorgebude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 61 7.2 Sicherheitstechnik von Kernreaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 61 7.3 Funktionsbedingungen fr Kernreaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 62 7.4 Bauarten von Kernreaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 637.4.1 Leichtwasserreaktoren (LWR) L 63. 7.4.2 Weiterentwicklung der Leichtwasserreaktortechnik L 65. 7.4.3 Schwerwasserreaktoren L 66. 7.4.4 Gasgekhlte thermische Reaktoren L 66. 7.4.5 Schnelle Brutreaktoren (SNR) L 67. 7.4.6 Kennwerte von Reaktortypen L 67.

7.5 Kernfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 67 8 9 Anhang L: Diagramme und Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 69 Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L 71

M Klimatechnik1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M1 M1 M2 M3 1.1 Aufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Meteorologische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2.1 Lufttemperatur M 2. 1.2.2 Luftfeuchte M 3. 1.2.3 Wind M 3. 1.2.4 Sonnenstrahlung M 3.

1.3 Hygienische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.3.1 Raumklima M 3. 1.3.2 Lufterneuerung in Rumen M 4. 1.3.3 Behagliches Raumklima in Aufenthalts- und Arbeitsrumen M 4. 1.3.4 Ertrgliches Raumklima in Arbeitsrumen und Industriebetrieben M 6.

1.4 Kltetechnische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.4.1 Allgemeines M 6. 1.4.2 Kaltdampf-Kompressionsklteanlage M 8. 1.4.3 Absorptionsklteanlage M 9. 1.4.4 Verdunstungskhlverfahren M 10. 1.4.5 Kltemittel, Kltemaschinenle und Khlsolen M 10.

M6

1.5 Heiztechnische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6 Raumlufttechnische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Berechnungs- und Bemessungsgrundlagen der Heiz- und Raumlufttechnik .2.1.1 Transmissionswrmeverluste M 17. 2.1.2 Lftungswrmeverluste M 17. 2.1.3 Aufheizzuschlag M 18. 2.1.4 Sonderflle M 18.

M 15 M 15 M 17 M 17

2.1 Wrmebedarf, Heizlast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Khllast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2.1 Innere Khllast M 18. 2.2.2 uere Khllast M 19.

M 18 M 20 M 21

2.3 Luftbedarf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3.1 Luftheizung M 20. 2.3.2 Lftung M 20. 2.3.3 Luftkhlung M 21. 2.3.4 Klimaanlagen M 21.

2.4 Leitungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.1 Rohrnetz fr Warm- und Heiwasserleitungen M 22. 2.4.2 Kanalnetz fr raumlufttechnische Anlagen M 22. 2.4.3 Luftfhrung im Raum M 23.

3

Systeme und Bauteile der Heizungstechnik. . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.1 Einzelheizgerte fr Wohnrume M 24. 3.1.2 Einzelheizgerte fr grere Rume und Hallen M 24.

M 24 M 24 M 25

3.1 Einzelheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Zentralheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2.1 Systeme M 25. 3.2.2 Raum-Heizkrper, -Heizflchen M 25. 3.2.3 Rohrnetz M 27. 3.2.4 Armaturen M 29. 3.2.5 Umwlzpumpen M 29. 3.2.6 Wrmeerzeugung M 30. 3.2.7 Heizzentrale M 34. 3.2.8 Regelung und Steuerung M 35. 3.2.9 Wrmeverbrauchsermittlung M 35.

IInhaltsverzeichnis4

XXVIIM 37 M 37

Systeme und Bauteile der Raumlufttechnik . . . . . . . . . . . . . . .4.1.1 Fensterlftung M 37. 4.1.2 Schachtlftung M 37. 4.1.3 Dachaufsatzlftung M 37. 4.1.4 Freie Lftung, verstrkt durch Ventilatoren M 38.

4.1 Einrichtungen zur freien Lftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Raumlufttechnische Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2.1 Klassifizierung raumlufttechnischer Systeme M 38. 4.2.2 Systeme von Klimaanlagen M 39. 4.2.3 Luftfhrung und Luftdurchlsse M 46. 4.2.4 Kanalnetz M 51. 4.2.5 Luftverteilung M 52. 4.2.6 Lftungs- und Klimazentralen M 52. 4.2.7 Ventilatoren M 53. 4.2.8 Filter M 57. 4.2.9 Lufterhitzer, -khler M 58. 4.2.10 Luftbefeuchter M 59. 4.2.11 Luftentfeuchter M 60. 4.2.12 Schalldmpfer M 61. 4.2.13 Nachbehandlungsgerte mit Luftfrderung M 61. 4.2.14 Wrmerckgewinnung M 62. 4.2.15 Schaltung und Regelung M 63.

M 38

5

Systeme und Bauteile der kltetechnischen Anlagen. . . . . . . . . . . .

M 63 M 63 M 63

5.1 Anwendungen und Bauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2.1 Kltemittelverdichter M 63. 5.2.2 Verdampfer M 66. 5.2.3 Verflssiger M 66. 5.2.4 Kltemittelkreislufe M 66. 5.2.5 Wasserkreislufe M 68.

5.3 Direktverdampfer-Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.1 Verflssigerstze, Splitgerte fr Klimaanlagen M 69. 5.3.2 Direktverdampfer-Anlagen fr EDVKlimagerte M 70.

M 69

5.4 Kaltwasserstze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.4.1 Kaltwassersatz mit Kolbenverdichter M 70. 5.4.2 Kaltwassersatz mit Schraubenverdichter M 70. 5.4.3 Kaltwassersatz mit Turboverdichter M 71. 5.4.4 Absorptions- Kaltwassersatz M 71.

M 70

5.5 Rckkhlwerke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.5.1 Bauarten und Zubehr M 72. 5.5.2 Rckkhlsysteme M 73. 5.5.3 Khlwassertemperaturen im Jahresverlauf M 73. 5.5.4 Wasserbehandlung M 74.

M 72

5.6 Kaltwasserverteilsysteme fr RLT-Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7 Systeme fr ganzjhrigen Khlbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8 Speichersysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Systeme und Bauteile der Wrmepumpenanlagen . . . . . . . . . . . .

M 74 M 74 M 75 M 78 M 78 M 80 M 80 M 81 M 82 M 82 M 83 M 84 M 84 M 86 M 87 M 88 M 88 M 89 M 91

6.1 Anwendungen und Bauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Kleinwrmepumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Kaltdampfkompressions-Wrmepumpen grerer Leistung . . . . . . . . . . 6.5 Absorptionswrmepumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Wrmepumpensysteme nur fr Heizbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7 Systeme fr gleichzeitigen Khl- und Heizbetrieb. . . . . . . . . . . . . . 7 Sonderklima- und Khlanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.1 Grubenkhlanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Fahrzeuganlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Klimaprfschrnke und -kammern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Wirtschaftlichkeit und Energieverbrauch . . . . . . . . . . . . . . . .

8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 10 Anhang M: Diagramme und Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spezielle Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

N1 2

Grundlagen der VerfahrenstechnikEinfhrung . .