Das Techniker Handbuch: Grundlagen und Anwendungen der Maschinenbau-Technik. Ausgabe für Österreich Band 1

873 Pages·1999·30.77 MB·German

by  Friedrich Kemnitz (auth.)

Alfred Böge (Hrsg.)
Das Techniker Handbuch
Ausgabe für Österreich
Band 1
Alfred Böge (Hrsg.)
Das Techniker Handbuch
Beiträge und Mitarbeiter
Mathematik Dr. Friedrich Kemnitz
Physik Gert Böge
Mechanik Alfred Böge, Gert Böge
Festigkeitslehre Alfred Böge, Gert Böge
Werkstoffkunde Wolfgang Weißbach
Wärmelehre Heinz Wittig
Elektrotechnik Karl-Heinz Röthke, Gert Böge
Spanlose Fertigung Erich Basse, Wolfgang Böge
Zerspantechnik Wolfgang Böge
Werkzeugmaschinen Walter Schlemmer,
Wolfgang Böge
Betriebswirtschaftslehre Karl-Heinz Degering
Kraft-und Arbeitsmaschinen Wolfgang Böge, Manfred Ristau
Fördertechnik Dr.-Ing. Johannes Sebulke
Maschinenelemente Alfred Böge, Wolfgang Böge
Steuerungstechnik Hans-Jürgen Küfner
CNC-Technik Rainer Ahrberg, Jürgen Voss
Speicherprogrammierbare Hans-Jürgen Küfner
Steuerungen (SPS)
mit Einführung und Überblick
zur Norm IEC 1131
Alfred Böge (Hrsg.)
Das
Techniker
Handbuch
Grundlagen und Anwendungen
der Maschinenbau-Technik
Ausgabe für Österreich Band 1
Mit 1800 Bildern, 306 Tafeln
und mehr als 3800 Stichwörtern
7., überarbeitete und erweiterte Auflage
~
v1eweg
Diese Ausgabe fUr bsterreich ist die zweibăndige Fassung der 15. iiberarbeiteten und erwei
terten Auflage von
Bage, Das Techniker Handbuch
Approbiert fur den Unterrichtsgebrauch an Fachschulen fur Maschinenbau und verwandte Richtungen, fiir
Metallbearbeitung, fur Feinwerktechnik und fur Betriebstechnik in der Republik Osterreich unter Aktenzeichen
ZI.25.845/4-14a,180 und H6heren technischen und gewerblichen Lehranstalten in der Republik Osterreich
unter Aktenzeichen ZI.25.845/1-14a/79.
1. Auflage1984
2., iiberarbeitete Auflage 1985
3., iiberarbeitete Auflage 1986
4., iiberarbeitete und erweiterte Auflage 1987
5., iiberarbeitete und erweiterte Auflage 1989
6., iiberarbeitete und erweiterte Auflage 1995
7., iiberarbeitete und erweiterte Auflage 1999
Alle Rechte vorbehalten
© Springer Fachmedien Wiesbaden 1999
UrsprUnglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH,
BraunschweigjWiesbaden, 1999
Das Werk einschIieBIich aHer seiner Teile ist urheberrechtlich geschiitzt.
Jede Verwertung auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechts
gesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulăssig und strafbar. Das
gilt insbesondere fUr Vervielfăltigungen, Ubersetzungen, Mikrover
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Technische Redaktion: Wolfgang Nieger, Wiesbaden
Satz: Vieweg, BraunschweigjWiesbaden; Publishing Service Helga Schulz, Dreieich
Gedruckt auf săurefreiem Papier
ISBN 978-3-528-64267-9 ISBN 978-3-663-09557-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-09557-6
Vorwort
Das Techniker Handbuch ist seit 1964 Unterrichts- und Nachschlagewerk für
Techniker in Schule und Praxis. Es hat sich auch in den studien-und berufsbezogenen
Bildungswegen an Berufsbildenden Schulen bewährt, ebenso für Kurse der Hand
werkskammer und für die betriebliche Fort-und Weiterbildung.
Seit einigen Jahren findet das Techniker Handbuch auch Interesse beim Studium
des Maschinenbaus an den Fachhochschulen und den Technischen Lehranstalten in
Österreich.
Das Techniker Handbuch enthält den Lehrstoff der Grundlagen- und Anwendungs
facher der Fachrichtung Maschinenbau. Die technisch-naturwissenschaftlichen
Grundlagen werden ohne höhere Mathematik nach folgender Gliederung erarbeitet:
• Erläuterung des Problems
• Herleitung der Berechnungsgleichungen
• Anwendungsbeispiele
Das vorgerechnete Beispiel ist methodisches Hilfsmittel in allen Abschnitten des
Buches. Die vorbildliche Angabe der Einheiten ermöglicht das sofortige und treff
sichere Anwenden der Berechnungsgleichungen.
Die Lehrinhalte im Abschnitt Mathematik werden besonders ausführlich behandelt.
In der übersichtlichen zweispaltigen Anordnung ist der Lehrstoff gegliedert in
• Definition und Erläuterung
• Formel und Lehrsatz
• zeichnerische und rechnerische Bearbeitung
Alle Lehrinhalte des Handbuchs wurden für die Neuauflagen gründlich überarbeitet
und der didaktischen und technischen Entwicklung angepaßt. Beispielsweise wurde
für die voraufgegangene 14. Auflage der Abschnitt Speicherprogrammierbare Steue
rungen (SPS) aufgenommen und dieser in der vorliegenden 15. Auflage um die Be
sprechung der derzeit gültigen ICE-1131-Norm erweitert. Die formale und inhaltliche
Anpassung an die gültigen Normen ist der Schwerpunkt dieser Auflage. Das wird vor
allem im Abschnitt Werkstoffkunde deutlich.
Viele Anregungen und Verbesserungsvorschläge von Lehrern und Fachleuten aus der
Industrie konnten wieder eingearbeitet werden. Ich danke allen, die dabei mitgehol
fen haben.
Auch für diese Neuauflage bitte ich darum, mir mit kritischen Anregungen zu helfen,
das Werk weiter zu verbessern.
Braunschweig, Februar 1999 Alfred Böge
V
Inhaltsverzeichnis
Mathematik 1
I. Tabellen 1 5. Das Dreieck 116
6. Das Viereck 121
II. Arithmetik 3
7. Der Kreis 123
1. Einteilung der Zahlen 3
8. I;:lächeninhalt, Flächenverwandlung 125
2. Die vier Grundrechenarten 4
9. Ahnlichkeit und Strecken-
3. Terme 4
verhältnisse 127
4. Vereinbarungen 4
5. Termumformungen 5
VI. Stereometrie
6. Bruchrechnung 11
(räumliche Geometrie) 133
7. Dezimalzahlen und Dualzahlen 15
8. Potenzen, Wurzeln, Logarithmen 18 1. Prismatische Körper 133
9. Die Briggssehen Logarithmen 28 2. Pyramidenförmige Körper 134
10. Imaginäre Zahlen 29 3. Pyramidenstumpf und Kegel-
stumpf 135
111. Gleichungslehre 36 4. Die Kugel 136
1. Gleichungsarten 36
2. Lineare Gleichungen 36 VII. Ebene Trigonometrie 138
3. Quadratische Gleichungen 48 1. Definitionen der trigonometrischen
4. Gleichungen dritten und höheren Funktionen (Winkelfunktionen,
Grades 51 Kreisfunktionen) 138
5. Sonstige Gleichungen 57 2. Zusammenhänge der trigono-
metrischen Funktionen 138
IV. Funktionen, graphische 3. Die Kurven der Kreisfunktionen 139
Lösungen, analytische 4. Spezielle Funktionswerte der
Geometrie 62 Kreisfunktionen 141
1. Begriff der Funktion 62 5. Symmetrie der Kreisfunktionen 141
2. Die ganze rationale Funktion 62 6. Additionstheoreme 142
7. Sinussatz und Kosinussatz 143
3. Sonstige analytische Funktionen 77
8. Gradmaß und Bogenmaß 145
4. Graphische Lösung von
9. Winkelfunktion und Arcusfunktion 147
Bestimmungsgleichungen 81
5. Analytische Geometrie 85
VIII. Analysis (Differential-und
V. Planimetrie (ebene Geometrle)lll Integralrechnung) 149
1. Gerade Linien 111 1. Folgen und Reihen 149
2. Winkel 111 2. Grenzwerte 152
3. Grundkonstruktionen 113 3. Differentialrechnung 156
4. Geometrische Örter (Ortslinien) 115 4. Integralrechnung 168
VI
Physik
177
1. Physikalische Größen und 13. Bewegung, Bewegungsarten
Größenarten 177 (Translation, Rotation) 190
2. Basisgrößen und abgeleitete 14. Geschwindigkeit 192
Größen 178 15. Beschleunigung 193
3. Größengleichungen 180 16. Masse, Massenpunkt und
4. Die Dimension einer Größe 181 Massenträgheitsmoment 196
5. Einheiten 182 17. Dichte 197
6. Basiseinheiten, abgeleitete Ein- 18. Gewichtskraft 198
heiten, kohärente Einheiten, Hilfs- 19. Gravitation oder Massen-
oder Sondereinheiten 183 anziehung 199
7. Das Meter ist die Basiseinheit der 20. Trägheit und Trägheitsgesetz
Basisgröße Länge 185 (Erstes Newtonsches Axiom) 201
8. Das Kilogramm ist die Basis- 21. Das Dynamische Grundgesetz
einheit der Basisgröße Masse 186 (Zweites Newtonsches Axiom) 202
9. Die Sekunde ist die Basiseinheit 22. Wechselwirkungsgesetz
der Basisgröße Zeit 187 (Drittes Newtonsches Axiom) 203
10. Die Krafteinheit Newton 187 23. Die Kraft 204
11. Die Arbeits- und Energieeinheit 24. Die Trägheitskraft 206
Joule 188 25. Statisches Gleichgewicht 207
12. Skalare und Vektoren 189 26. Dynamisches Gleichgewicht 209
Mechanik
217
I. Statik starrer Körper in 3. Dynamik der Verschiebe-
derEbene 217 bewegung (Translation) des
1. Grundlagen 218 starren Körpers 290
2. Zusammensetzen, Zerlegungen 4. Dynamik der Drehung (Rotation)
und Gleichgewicht von Kräften des starren Körpers 299
in der Ebene 224 5. Gegenüberstellung der Gesetze
3. Kräfte im Raum (Sonderfälle) 234 für Drehung und Schiebung 310
4. Schwerpunkt 237 6. Gerader zentrischer Stoß 311
5. Guldinsche Regeln 244
6. Standsicherheit, Gleichgewichts- 111. Statik der Rüssigkeiten
lagen 245 (Hydrostatik) 320
7. Ebene Fachwerke 247 1. Eigenschaften der Flüssigkeiten
8. Reibung 250 und Gase 321
2. Hydrostatischer Druck (Flüssig-
II. Dynamik 268 keitsdruck, hydraulische Pressung) 321
1. Bewegungslehre (Kinematik) 269 3. Druck-Ausbreitungsgesetz 321
2. Mechanische Arbeit, Leistung, 4. Anwendung des Druck-
Wirkungsgrad, Übersetzung 283 Ausbreitungsgesetzes 322
VII
5. Druckverteilung durch Gewichts- IV. Dynamik der Flüssigkeiten
kraft der Flüssigkeit 324 (Hydrodynamik) 328
6. Hydrostatische Kräfte gegen 1. Allgemeines 328
ebene Wände offener Gefäße 324 2. Die Grundgleichungen der
7. Auftrieb 326 Strömung 330
8. Schwimmen 327 3. Anwendung der Bernoulli-
9. Gleichgewichtslagen schwimmen- gleichung 333
der Körper 327 4. Widerstände in Rohrleitungen 338
Festigkeitslehre 343
I. Allgemeines 345 111. Zusammengesetzte
1. Aufgaben der Festigkeitslehre 345 Beanspruchungen 443
2. Schnittverfahren 345 1. Gleichzeitiges Auftreten mehrerer
3. Spannung 348 Normalspannungen 444
4. Formänderung 349 2. Gleichzeitiges Auftreten mehrerer
5. Hookesches Gesetz (Elastizitäts- Schubspannungen 448
gesetz) 350 3. Gleichzeitiges Auftreten von
6. Die Grundbeanspruchungsarten 350 Normal-und Schubspannungen 448
7. Zusammengesetzte Beanspruchung 352
8. Festigkeit 352 IV. Beanspruchung bei Berührung
9. Zulässige Spannung und Sicherheit 358 zweler Körper (Hertzsche
Gleichungen) 455
II. Die einzelnen 1. Voraussetzungen 455
Beanspruchungsarten 364 2. Bedeutung der Formelzeichen 455
1. Zug und Druck 364 3. Berechnungsgleichungen 456
2. Biegung 371
3. Knickung 419 V. Nomogramme zur
4. Abscheren 431 Festigkeitslehre 458
5. Torsion (Verdrehung) 433 1. Zug-, Druck-und Längen-
6. Flächenpressung 440 änderung 458
2. Biegung 459
3. Knickung 460
4. Abscheren 461
5. Torsion und Verdrehwinkel 462
Werkstoffkunde 463
I. Grundlagen 463 5. Wichtige Gruppen der chemischen
1. Allgemeines 463 Verbindungen 478
2. Bau der Atome 466 6. Chemische Vorgänge
3. Periodensystem der Elemente 469 (Reaktionen) 484
4. Chemische Bindung 475
VIII
II. Metallkundliehe Grundlagen 492 9. Werkstoffe für Lötungen 562
1. Struktur der Metalle und 10. Druckgußwerkstoffe 562
Legierungen 492 11. Sinterwerkstoffe 562
2. Eigenschaften und Verhalten 12. Keramische Werkstoffe 565
der Metallgitter 494 13. Verbundwerkstoffe 566
3. Zweistofflegierungen 497
4. Legierungstypen 501 VI. Kunststoffe 567
5. Gefügefehler 504 1. Begriffe und Zusammenhänge 567
2. Monomere Ausgangsstoffe 568
111. Metallgewinnungsverfahren 505 3. Chemische Reaktionen zur
1. Darstellung der Metalle 505 Bildung von Makromolekülen 568
2. Stahlerzeugung 507 4. Molekülstruktur und Einfluß auf
die Eigenschaften 572
IV. Technisch wichtige 5. Duroplaste 574
Legierungen des Eisens 512 6. Thermoplaste 576
1. Eisen 512
2. Die Wärmebehandlung der VII. Prüfung metallischer
Stähle 516 Werkstoffe 582
3. Stahlsorten 528 1. Prüfung der Härte 582
4. Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffe 544 2. Der Zugversuch 586
3. Kerbschlagbiegeversuch 589
V. Nichteisenmetalle 549 4. Prüfung der Festigkeit bei
1. Allgemeines über NE-Metalle 549 höheren Temperaturen 590
2. Aluminium 551 5. Prüfung der Festigkeit bei
3. Kupfer 555 schwingender Beanspruchung,
4. Titan 560 Dauerschwingversuch 591
5. Magnesium 560 6. Untersuchung von
6. Blei 561 Verarbeitungseigenschaften 593
7. Zinn 561 7. Zerstörungsfreie Werkstoff-
8. Zink 562 prüfung 593
Wännelehre 597
I. Grundbegriffe 598 2. Kreisprozesse 615
1. Wärme und innere Energie 598 3. Thermischer Wirkungsgrad 616
2. Temperatur und Temperatur- 4. Zweiter Hauptsatz der
einheiten 598 Wärmelehre 617
3. Druck und Druckeinheiten 599 5. Umkehrbare Zustands-
4. Volumen und Volumeneinheiten 601 änderungen 617
5. Wärmemenge und Wärmeeinheiten 603 6. Maximal gewinnbare Arbeit 618
6. Spezifische Wärmekapazität 603
7. Wärmeausdehnung 607 111. Thermodynamik vollkommener
8. Aggregatzustände 611 Gase 618
1. Allgemeine Zustandsgleichung 618
II. Wärme und Arbeit 614 2. Spezifische Wärmekapazität 619
1. Erster Hauptsatz der 3. Innere Energie 621
Wärmelehre 614 4. Äußere Arbeit 622
IX