Table Of ContentSpringer-Lehrbuch
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
W. Steinhilper . R. Roper
Maschinen- und
Konstruktionselemente 2
Verbindungselemente
Vierte Auflage
Mit 190 Abbildungen
, Springer
t
DR.-ING. WALDEMAR STEINHILPER
t
DR.-ING. RUDOLF ROPER
Die Deutsche Bibliothek -CIP-Einheitsaufnahme
Steinhilper. Waldemar:
Maschinen-und Konstruktionselemente / W. Steinhilper ; R. Roper.
Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hongkong ; London;
Mailand ; Paris; Singapur ; Tokio: Springer
(Springer-Lehrbuch)
Bd. 2. Verbindungselemente. -4. Aufl .. -2000
ISBN 978-3-540-67368-2 ISBN 978-3-662-08514-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-08514-1
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@ Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2000
UrsprOnglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 2000.
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Einbandentwurf: Design & Production. Heidelberg
Gedruckt auf sliurefreiem Papier SPIN: 10764389 6213020 -543 2 10
Vorwort zur vierten Auflage
Die drei B!lnde der "Maschinen- und Konstruktionselemente" sind in den Jahren
1982 bis 1996 von den Verfassern Steinhilper und ROper erarbeitet worden. Es wur
de ein Lehrbuch ftlr die universitlire Ausbildung geschaffen, das mit ausfilhrlicher,
systematischer Darstellung der Masehinenelemente Faehwissen in herausragender
Qualitiit vermittelt. Der geplante vierte Band der "Masehinen-und Konstruktions
elemente" konnte von Prof. Steinhilper leider nieht mehr vollendet werden. Prof.
Dr.-Ing. h.c. Waldemar Steinhilper ist naeh sehwerer Krankheit im Juli 1998 ver
storben. Aueh der Co-Autor, Prof. Dr.-Ing. Rudolf ROper, verstarb 1998.
Die positiven Ruekmeldungen aus Fachkreisen und von Studierenden fordern dazu
auf, die Lehrbueher "Masehinen-und Konstruktionselemente" fortzusetzen und auch
kunftig fachlich zu aktualisieren. Mit der Fortsetzung der Lehrbuchreihe fmdet aueh
die Arbeit der beiden Verfasser weitere Anerkennung.
Die vorliegende vierte Auflage des zweiten Bandes gibt den bekannten Stand der
vorangegangenen dritten Auflage wieder; eine tiefere inhaltliche Uberarbeitung ist
- auf Grund des noeh immer zeitgemliBen Inhaltes - erst ftlr die nllchste Auflage
vorgesehen.
Kaiserslautern, im Frilhjahr 2000 B. Sauer
Vorwort zur zweiten Auflage
Seit dem Erscheinen dieses Lehrbuches sind auf dem Gebiet der Toleranzen,
Passungen sowie PaBtoleranzfelder, SchweiBkonstruktionen, Dehn- bzw. Diinn
schaftschraubenverbindungen und Schraubenfedern neue national und inter
national geltende Normen und Standards erschienen, die eine Oberarbeitung der
entsprechenden Abschnitte des Buches notwendig machten.
Besonders die in der friiheren DIN 4100 festgelegten Details fUr geschweiBte
Stahlbauten muBten den Empfehlungen der DIN 18800, T1 (Stahlbauten, Be
mess sung und Konstruktion) angepaBt bzw. nach diesen neu gefaBt werden.
Daneben haben wir die festgestellten Fehler korrigiert und einige, zum besse
ren Verstandnis dienende Neuformulierungen und Erganzungen vorgenommen.
Die Verfasser danken allen, die sie auf Verbesserungen aufmerksam gemacht
haben, ganz besonders aber ihren Mitarbeitern fUr die Hilfe bei der Reinschrift
des Textes und beim Anfertigen der Bilder.
Auch den Mitarbeitern des Springer-Verlages gilt unser Dank fUr die gute
Zusammenarbeit bei der Drucklegung dieser Neuauflage.
Kaiserslautern, Dortmund, im Herbst 1990 W. Steinhilper, R. Roper
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage
Der erste Band dieser Reihe stellte die physikalischen und werkstoffkundlichen
Grundlagen der Maschinenkonstruktion vor und lei tete von daher iiber auf die
zusatzlich durch technologische und wirtschaftliche Gesichtspunkte beeinflu/3te
Bauteilgestaltung. In Fortsetzung behandelt der zweite Band die form-, kraft
und stoffschliissigen Verbindungselemente, die elastischen Elemente, die Achsen
und Wellen sowie die Dichtungen.
Gema/3 der urspriinglich formulierten Zielsetzung wird bei der Darstellung
der Elemente und ihrer Wirkung im System auf die Grundlagen abgehoben, und
zwar betont im Hinblick auf die Anforderungen der modernen Konstruktions
technik. Dies geschieht in einem fUr den Lernenden iiberschaubaren Schwierig
keitsgrad und methodisch, in Uberwindung der in der speziellen Betrachtung
liegenden Beschranktheit, durch Darstellung der Grundprinzipien. Gerade das
methodische Vorgehen beim Zergliedern in Grundfunktionen und beim ErfUllen
derselben verlangt nach einer vertieften, aber abstrahierenden Kenntnis des ein
zelnen Wirkelementes und des damit verwirklichten Wirkprinzips.
Die Maschinen- und Konstruktionselemente erfUllen eine doppelte Funktion!
Sie sind einmal Elemente, zum Teil sogar recht komplexe Bausteine eines techni
schen Systems zur ErfUllung einer Grundfunktion. Sie sind dariiber hinaus aber
auch Zielsystem eines gegliederten Konstruktionsprozesses, in dem neben der
Funktion auch Anforderungen hinsichtlich der Sicherheit, Lebensdauer, Zuver
lassigkeit und Wirtschaftlichkeit optimal zu erfUllen sind. Dennoch bleibt der
erstgenannte Gesichtspunkt fUr die Maschinen- und Konstruktionselemente
ma/3gebend. Sie sind nicht Wert an sich, sondern immer nur als Komponente
eines komplexen technischen Systems zu verstehen und auf die dort zu erfUllenden
Aufgaben ausgerichtet.
Es ist bezeichnend, da/3 z. B. der Schraube, einem der aitesten Maschinen
elemente iiberhaupt, heute wieder besonderes Interesse entgegengebracht wird.
Die Schraubenverbindung wird erst jetzt in ihrer gesamten Komplexitat erkannt,
nicht zuletzt bewirkt durch die Sicherheitsforderungen an die automatisierte
Montage. Die bisher bekannten Dimensionierungsmodelle bleiben beschrankt,
denn sie unterliegen dem Zwang der Verwirklichkbarkeit. Sicher bietet sich ein
standardisiertes Verfahren, z. B. in Verbindung mit einem CAD-System, gewisse
Vorteile, aber es iiberwindet keine prinzipiellen Grenzen. Teilverfahren mit unan
gemessener Genauigkeit sind zeitlich aufwendig und tragen nicht zur gro/3eren
Sicherheit der Verbindung bei.
VIII Vorwort
In ahnlicher Situation ist die SchweiBtechnik zu sehen. Normen fUr die Gestal
tung und die AusfUhrung von SchweiBverbindungen finden sich fUr verschiedene
Spezialgebiete, z. B. Maschinenbau, Kranbau, Stahlbau, Bundesbahn usw., aber
"das SchweiBen" als allgemeingiiltiges Verfahren hinsichtlich Konstruktion,
Dimensionierung und Technologie steht noch aus.
Diese und noch weitere Griinde sprechen fUr die Zielsetzung des Buches. Das
Nebeneinanderstellen der Verfahren und der Elemente, der Hinweis auf das
Grundsatzliche - den Wirkort und das Wirkprinzip -, aber auch kritische Anmer
kungen sollen die Verfahren, die Systemelemente und in der Folge die Methodik
durchsichtig, d. h. richtig anwendbar machen, im Vergleich Grundlagen schaffe n
und anregend wirken. Vielleicht entsteht daraus ein kleiner Beitrag zur Verein
heitlichung.
Kaiserslautern und Dortmund, im Herbst 1985 W. Steinhilper, R. Roper
Inhaltsverzeichnis
5 Verbindungselemente und -verfahren ................. . 1
5.1 Formschliissige Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
5.1.1 Nietverbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
5.1.2 Bolzen- und Stiftverbindungen ..................... 15
5.1.3 Formschliissige Welle-Nabe-Verbindungen . . . . . . . . . . . . .. 19
5.1.3.1 Querstift unter Drehmoment ...................... 19
5.1.3.2 Uingsstift unter Drehmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20
5.1.3.3 PaBfederverbindungen........................... 20
5.1.3.4 Scheibenfederverbindungen ....................... 26
5.1.3.5 Profilwellenverbindungen......................... 27
5.1.3.5.1 Keilwellenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28
5.1.3.5.2 Zahnwellenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30
5.1.3.5.3 Polygonverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33
5.2 Kraftschliissige Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36
5.2.1 Keilverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38
5.2.1.1 Querkeilverbindungen........................... 38
5.2.1.2 Uingskeilverbindungen.......................... 39
5.2.1.3 Tangentialkeilverbindungen ....................... 45
5.2.2 Kegelverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 46
5.2.2.1 Kegelsitzverbindungen .......................... 46
5.2.2.2 Spannelementverbindungen ....................... 49
5.2.2.2.1 Ringfeder-Spannelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 49
5.2.2.2.2 Spannsatze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58
5.2.2.2.3 Taper-Lock-Spannbuchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61
5.2.3 Verbindungen mit elastischen Zwischengliedern . . . . . . . . . .. 61
5.2.3.1 Druck- und Zughiilsen .......................... 62
5.2.3.2 Sternscheiben ................................ 64
5.2.3.3 Toleranzringe ................................ 65
5.2.3.4 Zylinderspannringe............................. 67
5.2.3.5 ETP-Spannbuchse ............................. 68
5.2.4 PreBverbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 69
5.2.4.1 Beanspruchung der Nabe und der Welle ............... 69
5.2.4.2 PreBverbindung mit Pressung p in der Fiigeflache .. . . . . . .. 73
5.2.4.3 QuerpreBsitze................................ 82
