Table Of ContentA Mathematik A 1–70
B Naturwissenschaftliche
B 1–47
Grundlagen
C Mechanik C 1–132
D Festigkeitslehre D 1–81
E Werkstofftechnik E 1–85
F Thermodynamik F 1–39
G Elektrotechnik G 1–54
H Grundlagen der Mechatronik H 1–34
I Maschinenelemente I 1–205
K Fördertechnik K 1–73
L Kraft- und Arbeitsmaschinen L 1–100
M Spanlose Fertigung M 1–56
N Zerspantechnik N 1–40
O Werkzeugmaschinen O 1–117
P Programmierung von
P 1–41
Werkzeugmaschinen
Q Steuerungstechnik Q 1–75
R Regelungstechnik R 1–48
S Betriebswirtschaft S 1–88
T Produktionslogistik T 1–24
Alfred Böge (Hrsg.)
Handbuch Maschinenbau
Beiträge und Mitarbeiter
A Mathematik Dr. Friedrich Kemnitz,
Prof. Dr. Arnfried Kemnitz
B Naturwissenschaftliche Gert Böge,
Grundlagen Prof. Dr. rer. nat. Peter Kurzweil
C Mechanik Alfred Böge, Gert Böge,
Prof. Dr.-Ing. Dominik Surek
D Festigkeitslehre Alfred Böge, Gert Böge
E Werkstofftechnik Wolfgang Weißbach
F Thermodynamik Heinz Wittig
G Elektrotechnik Gert Böge
H Grundlagen der Mechatronik Prof. Dr.-Ing. Werner Roddeck
I Maschinenelemente Alfred Böge, Wolfgang Böge,
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Borutzki,
Prof. Dr.-Ing. Susanna Labisch,
Prof. Dr.-Ing. Petra Linke,
Prof. Dr.-Ing. Frank Weidermann
K Fördertechnik Dr.-Ing. Johannes Sebulke
L Kraft- und Arbeitsmaschinen Wolfgang Böge, Manfred Ristau
M Spanlose Fertigung Wolfgang Böge,
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Borutzki
N Zerspantechnik Lutz Barfels, Alfred Böge,
Wolfgang Böge
O Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. Werner Bahmann
P Programmierung von Rainer Ahrberg, Lutz Barfels,
Werkzeugmaschinen Jürgen Voss
Q Steuerungstechnik Prof. Dr.-Ing. Petra Linke,
Werner Thrun
R Regelungstechnik Berthold Heinrich
S Betriebswirtschaft Klaus-Dieter Arndt,
Prof. Jürgen Bauer
T Produktionslogistik Prof. Jürgen Bauer
Alfred Böge (Hrsg.)
Handbuch
Maschinenbau
Grundlagen und Anwendungen
der Maschinenbau-Technik
20., überarbeitete und aktualisierte Auflage
Mit 1952 Abbildungen und 412 Tabellen
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der
Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über
<http://dnb.d-nb.de> abrufbar.
1. Auflage 1964
Nachdruck 1968
2.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1969
Nachdrucke 1971, 1975
3.,völlig neu überarbeitete Auflage 1977
4.,überarbeitete Auflage 1979
5.,überarbeitete Auflage 1981
6.,durchgesehene Auflage 1982
7.,überarbeitete Auflage 1983
8.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1985
9.,überarbeitete Auflage 1986
10.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1987
11., überarbeitete und erweiterte Auflage 1989
12.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1990
13.,überarbeitete Auflage 1992
14.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1995
15.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1999
16.,überarbeitete Auflage 2000
17., völlig neu bearbeitete Auflage 2004
18.,überarbeitete und erweiterte Auflage 2007
19.,überarbeitete und erweiterte Auflage 2009
20., überarbeitete und aktualisierte Auflage 2011
Bis zur 16. Auflage erschien das Buch unter dem Titel „Das Techniker Handbuch“, bis zur 18. Auflage
einschließlich hieß es „Vieweg Handbuch Maschinenbau“, ebenfalls unter der Herausgeberschaft
von Alfred Böge.
Alle Rechte vorbehalten
© Vieweg+Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2011
Lektorat: Thomas Zipsner | Imke Zander
Vieweg+Teubner Verlag ist eine Marke von Springer Fachmedien.
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www.viewegteubner.de
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Zustimmung des Verlags unzuläs sig und straf bar. Das gilt ins be sondere für
Vervielfältigungen, Über setzun gen, Mikro verfil mungen und die Ein speiche rung und
Ver ar beitung in elek tro nischen Syste men.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk
berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im
Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher
von jedermann benutzt werden dürften.
Technische Redaktion: Klementz publishing services, Freiburg
Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg
Bilder: Graphik & Text Studio, Dr. Wolfgang Zettlmeier, Barbing
Druck und buchbinderische Verarbeitung: Tˇeˇsínská Tiskárna, a.s., Tschechien
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier
Printed in Czech Republic
ISBN 978-3-8348-1025-0
V
Vorwort zur 20. Auflage
Das Handbuch Maschinenbau (cid:2) eine Weiterentwicklung des früheren „Technikerhandbuchs“ (cid:2)
hat sich einen festen Platz in der Techniker- und Ingenieurausbildung erworben. Es beschreibt in
verständlicher praxisnaher Form die Inhalte für den Studien- und Berufsbedarf der Ingenieure
und Techniker.
Anwendungsorientierte Problemstellungen führen in das jeweilige Stoffgebiet ein, Berechnungs-
und Dimensionierungsgleichungen werden mit vielen Abbildungen hergeleitet und ihre Anwen-
dung an praktischen Beispielen gezeigt. Damit ist das Handbuch Maschinenbau als Arbeitsbuch
für das technische Studium insbesondere an Fach- und Fachhochschulen und als Nachschlage-
werk für die Praxis unverzichtbar. Das gilt in besonderem Maß auch für die Auswahl, Einord-
nung und Kontrolle von Informationen aus dem Internet.
Auch in dieser 20. Auflage haben Autoren, Herausgeber und Verlag in gründlicher, abgestimm-
ter Arbeit Inhalte, Normen und sonstige Quellen auf Aktualität überprüft und auf den neuesten
Stand gebracht.
Im Abschnitt K Fördertechnik wurden Besonderheiten des Fachgebietes erläutert und weiter-
entwickelte Fachthemen neu dargestellt, wie zum Beispiel Zielsteuerungen für Stückgutförder-
systeme.
Der Abschnitt N Zerspantechnik wurde um das Unterkapitel 7 „Hartbearbeitung durch Drehen,
Bohren und Fräsen“ erweitert. Dargestellt wird, wie heute auch gehärtete Bauteile durch Zerspa-
nen mit geometrisch bestimmter Schneide bearbeitet werden können.
Im Abschnitt P Programmierung von Werkzeugmaschinen erfolgte eine Straffung der Ausfüh-
rungen zum Programmieren nach DIN ISO 66025. Vorangestellt wird eine Übersicht zur Ent-
wicklung und zu aktuellen Tendenzen in der Erstellung von NC-Programmen, die die Kopplung
und Integration mit der CAD-Technologie berücksichtigt.
Autoren, Herausgeber und Verlag sind für jede Anregung zur Weiterentwicklung des Handbuchs
Maschinenbau dankbar.
E-Mail-Adresse des Herausgebers: [email protected]
Braunschweig, Oktober 2010 Alfred Böge
VII
Inhaltsverzeichnis
A Mathematik
1 Grundlagen ................................................................................................................... 1
1.1 Mengen ................................................................................................................ 1
1.2 Aussageformen und logische Zeichen ................................................................. 1
1.3 Indizes, Summenzeichen, Produktzeichen ........................................................... 2
1.4 Einteilung der Zahlen .......................................................................................... 2
1.5 Komplexe Zahlen ................................................................................................ 3
1.6 Matrizen und Determinanten ............................................................................... 8
2 Funktionen ................................................................................................................... 13
2.1 Definition und Darstellungen von Funktionen .................................................... 13
2.2 Verhalten von Funktionen ................................................................................... 14
2.3 Einteilung der elementaren Funktionen ............................................................... 16
2.4 Ganze rationale Funktionen ................................................................................. 18
2.5 Gebrochene rationale Funktionen ........................................................................ 21
2.6 Irrationale Funktionen ......................................................................................... 24
2.7 Transzendente Funktionen ................................................................................... 25
3 Trigonometrie .............................................................................................................. 27
3.1 Definition der trigonometrischen Funktionen ...................................................... 27
3.2 Trigonometrische Funktionen für beliebige Winkel ............................................ 27
3.3 Beziehungen für den gleichen Winkel ................................................................. 28
3.4 Graphen der trigonometrischen Funktionen ........................................................ 29
3.5 Sinussatz und Kosinussatz ................................................................................... 30
3.6 Arkusfunktionen .................................................................................................. 30
4 Analytische Geometrie ................................................................................................ 32
4.1 Koordinatensysteme ............................................................................................ 32
4.2 Geraden ................................................................................................................ 34
4.3 Kreise ................................................................................................................... 36
4.4 Kugeln ................................................................................................................. 37
4.5 Kegelschnitte ....................................................................................................... 38
4.6 Vektoren .............................................................................................................. 43
5 Differenzial- und Integralrechnung ........................................................................... 47
5.1 Folgen .................................................................................................................. 47
5.2 Reihen .................................................................................................................. 50
5.3 Grenzwerte von Funktionen ................................................................................ 52
5.4 Ableitung einer Funktion ..................................................................................... 55
5.5 Integralrechnung .................................................................................................. 62
VIII Inhaltsverzeichnis
B Naturwissenschaftliche Grundlagen
B1 Physik
1 Physikalische Größen und und Größenarten .................................................................. 1
2 Basisgrößen und abgeleitete Größen .............................................................................. 2
3 Größengleichungen ........................................................................................................ 2
4 Dimension einer Größe .................................................................................................. 3
5 Einheiten ........................................................................................................................ 4
6 Basiseinheiten, abgeleitete Einheiten, kohärente Einheiten, Hilfs- oder
Sondereinheiten .............................................................................................................. 4
7 Das Meter ist die Basiseinheit der Basisgröße Länge .................................................... 5
8 Das Kilogramm ist die Basiseinheit der Basisgröße Masse ........................................... 6
9 Die Sekunde ist die Basiseinheit der Basisgröße Zeit .................................................... 6
10 Krafteinheit Newton ....................................................................................................... 6
11 Arbeits- und Energieeinheit Joule .................................................................................. 7
12 Skalare und Vektoren ..................................................................................................... 7
13 Geschwindigkeit ............................................................................................................. 8
14 Beschleunigung .............................................................................................................. 9
15 Masse ............................................................................................................................. 10
16 Dichte ............................................................................................................................. 11
17 Gewichtskraft ................................................................................................................. 11
18 Statisches Gleichgewicht ............................................................................................... 12
19 Dynamisches Gleichgewicht .......................................................................................... 14
B2 Chemie
1 Stoffe .............................................................................................................................. 21
2 Aufbau der Materie ...................................................................................................... 21
2.1 Atomaufbau und atomare Konstanten .................................................................. 21
2.2 Elementsymbole und Atommassen ...................................................................... 21
2.3 Radioaktivität und Kernchemie ............................................................................ 22
3 Periodensystem der Elemente (PSE) .......................................................................... 22
3.1 Atommodelle und Quantenzahlen ........................................................................ 22
3.2 Aufbau des Periodensystems ................................................................................ 23
3.3 Elektronenkonfiguration ...................................................................................... 24
3.4 Periodische Eigenschaften der Elemente ............................................................. 25
4 Chemische Bindung ..................................................................................................... 27
4.1 Ionenbindung (Salze) ........................................................................................... 28
4.2 Atombindung (Moleküle) .................................................................................... 29
4.3 Metallbindung (Metalle und Legierungen) .......................................................... 31
4.4 Koordinationsverbindungen („Komplexe“) ......................................................... 31
4.5 Zwischenmolekulare Kräfte ................................................................................. 33
Inhaltsverzeichnis IX
5 Chemische Reaktionen ................................................................................................ 33
5.1 Stöchiometrie ....................................................................................................... 33
5.2 Thermochemie ..................................................................................................... 34
5.3 Chemisches Gleichgewicht .................................................................................. 34
5.4 Katalyse ............................................................................................................... 35
5.5 Chemische Reaktionen ........................................................................................ 35
6 Säuren und Basen ........................................................................................................ 36
6.1 Definitionen und Eigenschaften ........................................................................... 36
6.2 Benennung von Säuren und Salzen ..................................................................... 36
6.3 Beispiele für Säuren und Basen ........................................................................... 36
6.4 Luftschadstoffe und saurer Regen ....................................................................... 37
6.5 Bauchemie und Wasserhärte ................................................................................ 37
6.6 Verbrennungsvorgänge ........................................................................................ 37
6.7 Anorganische Basen ............................................................................................ 37
6.8 Stärke von Säuren und Basen .............................................................................. 37
6.9 Neutralisation und Hydrolyse .............................................................................. 38
6.10 Konzentrationsmaße ............................................................................................ 39
7 Fällungen und Wasserhärte ........................................................................................ 39
7.1 Löslichkeitsprodukt ............................................................................................. 39
7.2 Wasserhärte ......................................................................................................... 40
7.3 Wasserreinigung .................................................................................................. 40
7.4 Kennwerte der Wasserqualität ............................................................................. 40
7.5 Trinkwasseraufbereitung ..................................................................................... 40
8 Elektrochemie .............................................................................................................. 41
8.1 Oxidation und Reduktion ..................................................................................... 41
8.2 Elektrochemische Zellen ..................................................................................... 41
8.3 Normalpotential ................................................................................................... 41
8.4 Galvanische Elemente und Korrosion ................................................................. 42
8.5 Batterien und Akkumulatoren .............................................................................. 43
8.6 Brennstoffzellen ................................................................................................... 44
8.7 Elektrolyse ........................................................................................................... 45
8.8 Metallgewinnung ................................................................................................. 45
8.9 Galvanotechnik .................................................................................................... 46
9 Organische Chemie ...................................................................................................... 46
9.1 Kohlenwasserstoffe ............................................................................................. 46
9.2 Stoffklassen ......................................................................................................... 46
