Konstruktionstechnik und Leichtbau: Methodik, Werkstoff, Gestaltung, Bemessung [Reprint 2021 ed.] 9783112528303, 9783112528297

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B. Knauer • A. Wende Konstruktionstechnik u n d Leichtbau

Konstruktionstechnik und Leichtbau Methodik • Werkstoff • Gestaltung • Bemessung

Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Dr.rer. oec. BERTHOLD KNAUER, Dresden und Dr.rer.nat.Dr.-Ing.E.h. ALFRED WENDE, Berlin unter Mitarbeit eines Autorenkollektivs Mit 653 Abbildungen und 243 Tabellen

Akademie-Verlag Berlin 1988

ISBN 3-05-500290-3 Erschienen im Akademie-Verlag Berlin, DDR-1086 Berlin, Leipziger Straße 3 — 4 © Akademie-Verlag Berlin 1988 Lizenznummer: 202 • 100/454/87 Printed in the German Democratic Republic Gesamtherstellung: VEB Druckhaus „Maxim Gorki", 7400 Altenburg Lektor: Fritz Schulz Einband und Schutzumschlag: Ralf Michaelis LSV: 3605 Bestellnummer: 7635003 (6938) 12500

Geleitwort

In einer noch nicht weit zurückliegenden Zeit war, auf einer über Jahrzehnte hinweg gesammelten Erfahrung aufbauend, für viele technische Erzeugnisse das Gewicht, die für die Ausübung der wesentlichen Funktionen eingesetzte Werkstoffmasse, ein Gütemerkmal. Die mit der naturwissenschaftlichen und technischen Forschung gewonnenen Erkenntnisse und bei der Weiterentwicklung der Produktionstechnik und der Gestaltung der Erzeugnisse gesammelten Erfahrungen haben jedoch das leichtere Bauen zu einer Möglichkeit, neue Bedürfnisse und Anforderungen an die Erzeugnisse zu einer Notwendigkeit gemacht. Daß es schließlich zur Entwicklung einer als „Leichtbau" gekennzeichneten Richtung der konstruktiven Gestaltung kam, einschließlich der hierfür erforderlichen Werkstoffe und Werkstoffkombinationen, ist einmal auf die wachsende Bedeutung solcher Erzeugnisse zurückzuführen, bei denen Masseeinsparungen in unverhältnismäßig hohem Umfang zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit und Senkung der Betriebskosten beitragen, wie es z. B. im Verkehrswesen, insbesondere im Flugzeugbau der Fall ist. Zum anderen bestand die Notwendigkeit, den spezifischen Materialaufwand für in der Dimension rasch wachsende technische Anlagen zu senken, um ihre Funktions- und Leistungsfähigkeit zu sichern. Die Fördertechnik ist hierfür ein Beispiel. Es gibt weitere zwingende Gründe, den Leichtbau zu einer immer dringenderen Aufgabe zu machen. Der Zwang zum sparsamen Umgang mit Roh- und Werkstoffen und die rationelle Energieanwendung sind hier vor allem zu nennen. Es ist daher eine lohnende Aufgabe, die hierfür gegebenen Möglichkeiten, die vorliegenden und bereits erprobten technischen Lösungen zu erfassen und für eine allgemeine Nutzung zur Erfüllung künftiger Anforderungen aufzubereiten. Dies betrifft die konstruktive Gestaltung und Dimensionierung, die Entwicklung der Werkstoffe und der Technologie ihrer Herstellung und Verarbeitung, wobei Eigenschaften und Form einander unterstützende Faktoren sein können; dies betrifft schließlich die vielfältigen und komplizierten Fragen der Werkstoffbeanspruchung und des WerkstoffVerhaltens. Die Darstellung des Standes, der Möglichkeiten und der Entwicklungstrends des Leichtbaues läßt aber auch das Entstehen neuer Probleme erkennen. War die Wiederverwendung eines nach traditionellen Gesichtspunkten eingesetzten Werkstoffes in den Materialkreislauf in erster Linie ein Problem der Erfassung und Sortierung, so können viele Teile des Leichtbaus, bei denen auch der Werkstoff einsatzgerecht „konstruiert" wird, wie es vor allem bei den Verbundwerkstoffen der Fall ist, nur mit z.T. wesentlich höherem Aufwand in den Kreislauf zurückgeführt werden. Dies wird die Bemühungen verstärken, durch Regenerierung des Erzeugnisses oder des Bauteils eine erneute Nutzung zu erreichen. Ein solcher Weg wird dadurch gefördert, daß durch die mit den Prinzipien des

6

Geleitwort

Leichtbaues bewirkte Anpassung des Werkstoffes an die Beanspruchungsbedingungen auch die Bemühungen um die Erhöhung der Betriebssicherheit und der Lebensdauer unterstützt werden. Mit dem vorliegenden Buch wird dem Konstrukteur, aber auch dem Werkstoffachmann eine umfassende Information über das Gebiet des Leichtbaus gegeben. Es kann und sollte dazu beitragen, die in der Volkswirtschaft anstehenden Probleme der rationellen Nutzung der Werkstoffe und der Weiterentwicklung der Erzeugnisse zu lösen. Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Werner Lange (Ordentliches Mitglied der Akademie der Wissenschaften der DDR)

Vorwort

Der Leichtbau war ursprünglich sehr eng mit den Problemen des Fahrzeugbaues und speziell der Luftfahrt verknüpft. Er hat nunmehr universelle Bedeutung für alle Bereiche der Technik erhalten. Dank des wissenschaftlich-technischen Fortschrittes der letzten Jahrzehnte und infolge der veränderten Reproduktionsbedingungen für die Energie- und Materialbereitstellung ist die Steigerung der Produktion bei relativ sinkendem Aufwand möglich und zweckmäßig geworden. Im vorliegenden Buch werden ingenieurtechnische Grundlagen zur Bewältigung dieser Aufgaben besonders für die Bereiche des Maschinen- und Anlagenbaues behandelt. Dabei wird die Konstruktionstechnik als methodisches Rüstzeug zur Bewältigung von Entwurfs- und Konstruktionsaufgaben mit dem Ziel der Massereduzierung bzw. der Werkstoffeinsparung weiterentwickelt und angewandt. Ausgehend von Objekten der Luft- und Raumfahrt reicht die behandelte Palette von Maschinenteilen bis zum Hüll- und Stützbereich im Bauwesen. Innerhalb der behandelten Werkstoffe dominieren Polymere und Verbünde, jedoch schließt das Gesamtkonzept die Metalle und anorganisch-nichtmetallischen Stoffe ein. Bei der Konstruktionsmethodik, beim Stoff- und Gestaltungsleichtbau, ist die einheitliche Behandlung aller Konstruktionswerkstoffe durchgesetzt worden. Die Konstruktionstechnik erfährt dadurch auch eine Erweiterung auf die Gebiete der Speicher- und rechnergestützten Konstruktion. Da die Verantwortung des Konstrukteurs den Gesamtprozeß der Produktgestaltung von der Entwicklung bis zur Anwendung umfaßt, werden einige Probleme der Prinzipfindung, des experimentellen Festigkeitsnachweises und der Funktionsprüfung mit behandelt. Die Autoren haben sich bemüht, in Zeiten erhöhter Material- und Energieökonomie tragfähige Alternativen für das Wirtschaftswachstum zu finden. Sie zeigen, wie Produktion und Nationaleinkommen gesteigert werden können, ohne in gleicher Weise den Produktionsverbrauch zu erhöhen.

An der Ausarbeitung waren beteiligt: Barthd, Wolfgang, Dipl.-Ing.; IFA-Mobilwerke Zwickau

Kap. 5.2.(M)

Bogdanzaliew, Konstantin, Dr.-Ing.; T U Dresden

Kap. 8.1. (M), 8.3. (M)

8

Vorwort

Doant, Gerd, Dr.-Ing.; Leuna-Werke, Leuna

Kap. 4.7.3., 4.7.4., 4.7.5. (M), 6.4.3., 6.4.4., 7.5.5.4.

Drechsler, Volkmar, IfL Dresden

Kap. 8.1. (M), 8.3. (M)

Franzice, Gerd, TU Dresden

Dr.-Ing.;

Dipl.-Ing.;

Kap. 4.7.5. (M), Anhang (M)

Freund, Wolfgang, Dr.-Ing.; Kfz-Bau Werda

Kap. 7.3.2. (M), 7.5.3.

Hempel, Peter, Dipl.-Ing.; Buna-Werke, Schkopau/TU Dresden

Kap. 7.1.2., 7.1.3.

Irmler, Christoph, Dr.-Ing.; Designprojekt Dresden

Kap. 5.3.

Jähnigen, Matthias, TU Dresden

Anhang 3. (M)

Dipl.-Ing.;

Knauer, Berthold, o. Prof. Dr. rer. oec.; TU Dresden Köhler, Horst, TU Dresden

Dr.-Ing.

Dr.-Ing.;

Kothe, Eberhard, TU Dresden

Dr.-Ing.;

Kap. 1., 2., 3., 4.1., 4.3.1., bis 4.3.5., 4.6., 4.7.2., 5.1., 6.1.1., 6.2., 7.5. (M), 9.3., 9.4., Vorspann, Anhang Kap. 7.3., 9.2.3. Kap. 5.4.

Kunze, Klaus, Dr.-Ing.; Leuna Werke, Leuna/TU Dresden

Kap. 8.1. (M), 8.2., 9.2.2. (M), 9.2.3. (M)

Kurz, Wolfram, TU Dresden

Kap. 4.7.1., 7.5.5.1. bis 7.5.5.3., 9.1., 9.2.1., 9.2.2. (M), 9.2.4.

Dr.-Ing.;

Lauck, Lothar, I f L Dresden

Dr.-Ing.;

Lustig, Volker, I f L Dresden

Dr.-Ing.;

Ochmann, Hubert, TU Dresden Platz, Bernd, TU Dresden

Dr.-Ing.;

Dr.-Ing.;

Scharnowski, Eberhard, Dr.-Ing.; Hochschule für Industrielle Formgestaltung Halle Schmidt, Günter, Dr.-Ing.; Werkzeugmaschinenkombinat „Fritz Heckert" Karl-Marx-Stadt, FZ

Kap. 4.7.3. (M), 7.5.2. Kap. 4.7.6. (M), 8.4. Kap. 4.3.6., 6.1.2., 7.2. Kap. 5.5. Kap. 6.3.

Kap. 4.5., 7.5.4.

9

Vorwort

Schubert, Wolfgang, TU Dresden Seyfarth, Evelyn, TU Dresden

Dipl.-Päd.;

Dipl.-Ing.;

Kap. 4.7.3.2. Kap. 4.7.4.2.

Seyfarth, Manfred, Dr.-Ing.; Akademie der LandWirtschaftswissenschaften Schöneiche

Kap. 7.1.1., 7.5.7.

Siggelkow, Hans Jürgen, TH Merseburg

Kap. 7.4.

Dr.-Ing.;

Vogel, Bernd, Dr.-Ing.; Komb. MEWA Dresden

Kap. 5.2., 5.5. (M)

Voigt, Sylvia, TU Dresden

Kap. 4.7.3.1., 4.7.4.1., 4.7.5.1., 4.7.6.

Dipl.-Ing.;

Wende, Alfred, Dr. rer. nat. Dr.-Ing. E. h.; Kap. 4.4., 4.5. (M), 5.2. (M), 5.5. (M) Berlin Wilhelm, Siegfried, ZFW Dresden

Dr.-Ing.;

Kap. 4.2., 4.4.4., 4.4.5., 4.5.7. (M)

Würzberg, Roland, TU Dresden

Dr.-Ing.;

Kap. 6.4.1., 6.4.2.

Die Unterstützung bei der textlichen Ausführung von Abschnitten wird mit M (Mitwirkung) belegt.

Wir danken Frl. Caroline Herrmann sowie weiteren Mitarbeitern des Bereiches Konstruktions- und Getriebetechnik der Sektion Grundlagen des Maschinenwesens der Technischen Universität Dresden für die Unterstützung bei den redaktionellen und zeichnerischen Arbeiten. Zu besonderem Dank fühlen wir uns dem Verlag und seinen Lektoren Fritz Schulz und Gisela Gunterberg für die intensive mehrjährige Betreuung des Vorhabens sowie den Kollegen Prof. Dr.-Ing. Kurt Eschke und Dr.-Ing. Eckehard Wagenknecht für die kritischen Hinweise verpflichtet. Die Herausgeber

Inhalt

Formelzeichenverzeichnis

20

1.

Leichtbau als Konstruktionsprinzip

25

1.1. 1.2. 1.3. 1.4.

Begriffserläuterung Leichtbau bei der Erzeugnisentwicklung Leichtbau im volkswirtschaftlichen Rahmen Vorzüge und Grenzen

25 27 30 34

Literatur

34

2.

Konstruktionstechnische Grundlagen

2.1. 2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.1.4.

Konstruktionstechnik Problemstellung Gegenstand Konstruktionsprozeß 1. Ordnung Konstruktionsprozeß 2. Ordnung

2.2. 2.3. 2.4. 2.5.

Konstruktionsnomenklatur Zur Aufbereitungsphase Zur Konzeptphase Zur Gestaltungsphase

35 '.

Literatur

35 35 36 37 39 41 45 47 55 57

3.

Produkterneuerung als Hauptweg für den Leichtbau

59

3.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3. 3.1.3.1. 3.1.3.2. 3.1.3.3.

Produktionsprofil und wissenschaftlich-technische Revolution Allgemeine Bedingungen Forschung und Produktentwicklung Einfluß auf Hauptkonstruktionsbereiche Hüll- und Stützbereich Energiebereich Informationsbereich

59 59 62 63 63 67 71

3.2. 3.3. 3.4. 3.4.1. 3.4.2. 3.4.3.

Präzisierung der Aufgabenstellung Leichtbau und Wirkprinzipien Leichtbau und Gestaltung Formgebung und Verfahrensaus wähl Werkstoffaus-tfahl Dimensionierung

75 79 82 82 82 84

3.5. 3.6.

Leichtbau und Uberleitung in die Produktion Leichtbauregeln im Rahmen der Technikentwicklung

85 87

Literatur

91

12

Inhalt

4. 4.1. 4.1.1. 4.1.2. 4.1.3. 4.1.4.

Stoffleichtbau Gegenstand Normalbeanspruchung Verformungen und Instabilität Stoffgleichungen Übrige Beanspruchungen

94 94 94 99 102 105

4.2. 4.2.1. 4.2.2.

Metallische Konstruktionswerkstoffe Werkstoffe mit verbesserten Volumeneigenschaften Werkstoffe mit verbesserten Oberflächeneigenschaften

107 107 110

4.3. 4.3.1. 4.3.2. 4.3.3. 4.3.4. 4.3.5. 4.3.6. 4.3.6.1. 4.3.6.2. 4.3.6.3. 4.3.6.4. 4.3.6.5.

Verbundwerkstoffe Anwendungsgebiete Verbundformen Mechanische Kennwerte von Faser-Einfach-Verbunden Mechanische Kennwerte von Faser-Misch-Verbunden Teilchenverbunde Technische Nutzung der Flächenverbunde Auswahlkriterien Werkstoffliche Aspekte für die Wahl der Kombination Verhalten bei mechanischer Beanspruchung Temperaturspannungen in Flächenverbunden Technologische und gestalterische Aspekte

112 112 114 116 119 123 126 126 127 130 132 136

4.4. 4.4.1. 4.4.1.1. 4.4.1.2. 4.4.1.3.

Ausgewählte Matrixmaterialien Ungesättigte Polyester Struktur, Ausgangsstoffe, Herstellung Härtung der ungesättigten Polyesterharze Eigenschaften der ausgehärteten ungesättigten Polyesterharze

138 138 138 144 155

4.4.2. 4.4.2.1. 4.4.2.2.

Epoxidharze Chemischer Aufbau Härtung, Verarbeitung und Verwendung der Epoxidharze

158 158 159

4.4.3. 4.4.3.1. 4.4.3.2. 4.4.3.3. 4.4.3.4.

Phenolharze Nichtmodifizierte Phenolharze Modifizierte Phenolharze Glasfaserverstärkte Phenolharz-Formmassen Härtbare rieselfähige Formmassen auf Basis faserverstärkter Phenolharze . . . .

164 164 168 172 176

4.4.4. 4.4.5.

Metallische Matrixmaterialien Keramische und silikatische Matrixmaterialien

178 183

4.5. Ausgewählte Verstärkungsmaterialien 4.5.1. Einleitung 4.5.2. Glasfaserstoffe 4.5.2.1. Glasarten 4.5.2.2. Herstellung 4.5.2.3. Eigenschaften 4.5.2.4. Eindimensionale Materialien 4.5.2.5. Flächenförmige Materialien 4.5.2.6. Sonderformen

184 184 189 189 192 195 201 204 208

4.5.3. 4.5.4. 4.5.5. 4.5.6. 4.5.7. 4.5.8. 4.5.9.

208 217 218 219 220 223 225

Kohlenstoffasern Borfasern Whisker Asbestfasern Mineral- und keramische Fasern Weitere anorganische Substrate Metalle

Inhalt

13

4.5.10. 4.5.10.1. 4.5.10.2. 4.5.10.3. 4.5.10.4. 4.5.10.5.

Organische Verstärkungsmaterialien Aromatische Polyamidfasern (Aramide) Polyvinylalkoholfasern Polyesterfasern . . Weitere organische Substrate Thermoplasthohlkugeln

226 226 229 230 230 231

4.6. 4.6.1. 4.6.2. 4.6.3. 4.6.4. 4.6.4.1. 4.6.4.2. 4.6.4.3. 4.6.4.4.

Chemisch-physikalische Grundlagen der Verbundbildung Einflußgrößen Benetzung und Tränkung Haftungsmechanismen Physikalische Haftmechanismen Adsorptionstheorie Benetzungstheorie Elektrostatische Theorie Diffusionsbedingte Haftmechanismen

231 231 233 234 237 237 237 238 238

4.6.5. Mechanische Haftmechanismen 239 4.6.6. Modellvorstellungen und ihre Variationsmöglichkeiten 239 4.6.6.1. Zur Definition der Zwischenschichten 239 4.6.6.2. Das Paser-Zwischenschicht-Matrix-Modell 240 4.6.6.3. Das „Ceraplast"-Prinzip 241 4.6.6.4. Typische Modellvorstellungen zur Erfassung des Anstrengungs- und Deformationsverhaltens 242 4.6.6.5. Grenzen der Modellvorstellungen 244 4.7. Werkstoffprüfung und Eigenschaften 4.7.1. Prüfbedingungen 4.7.1.1. Vorschriften 4.7.1.2. Prüfungen bei Zug- und Druckbeanspruchung 4.7.1.3. Prüfung bei Biegebeanspruchung 4.7.1.4. Prüfung bei Schub- und Torsionsbeanspruchung

246 246 246 247 250 250

4.7.2. 4.7.2.1. 4.7.2.2. 4.7.2.3. 4.7.2.4. 4.7.2.5.

Versuchsauswertung Kennwertcharakteristik Projektierungswerte der Plastmaterialien; Nennwerte — Richtwerte Normwerte Rechenwerte Anpassungsfaktoren für Materialien und Konstruktionen

251 251 252 252 254 258

4.7.3. 4.7.3.1. 4.7.3.2.

Spezielle Faserverbunde Thermoplastfaserverbunde Duroplastfaserverbunde

259 259 270

4.7.4. 4.7.4.1. 4.7.4.2.

Spezielle Teilchenverbunde Thermoplastteilchenverbunde Duroplastteilchenverbunde

274 274 278

4.7.5. 4.7.5.1. 4.7.5.2.

Spezielle Mischverbunde Thermoplastmischverbunde Duroplastmischverbunde

283 283 287

4.7.6.

Kennwertbereitstellung

296

Literatur 6. 5.1. 5.1.1.

' Gestaltsleichtbau Gegenstand Grundlagen

298 314 314 314

14

Inhalt

5.1.2. Stabtragwerke 5.1.2.1. Beanspruchungsarten 5.1.2.2. Druckbelastung . . . 5.1.2.3. Biegebelastung 5.1.2.4. Torsionsbelastung 5.1.2.5. Verhalten bei kombinierter Beanspruchung

315 315 317 324 326 329

5.1.3. 5.1.3.1. 5.1.3.2. 5.1.3.3.

Flächentragwerke Übersicht Unversteifte Platten und Schalen Versteifte Platten und Schalen

333 333 335 338

5.1.4.

Wechselwirkung von Leichtbaukennzahlen und technischer Umsetzung

344

5.2. 5.2.1. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.3.1. 5.2.3.2. 5.2.3.3. 5.2.3.4.

Gestaltung und Realisierung von Leichtbauelementen Einführung Verfahrensübersicht zur Herstellung von Leichtbauelementen Gestaltung und Herstellung von Profilen und schmalen Plattenlaminaten Horizontalstrangziehanlagen Vertikalstrangziehanlagen Entwicklungstendenzen für das Strangziehverfahren Herstellung von Laminatplatten auf Doppelbandanlagen

349 349 353 358 359 360 363 367

5.2.4. 5.2.4.1. 5.2.4.2. 5.2.4.3.

. . . .

Gestaltung und Herstellung von Platten und Schalen Einleitung Verfahren und Anlagen für die Herstellung von ebenen und Well-Platten aus GUP Verfahren und Anlagen für die Herstellung von ebenen Sandwichelementen mit Deckschichten aus Halbzeugen 5.2.4.4. Verfahren und Anlagen zum Wickeln von großen Schalenelementen 5.2.4.5. Schleuderverfahren und Rotations-Harz-Faser-Spritzverfahren zum Herstellen von großen Schalenelementen

371 371 371 374 377 383

5.2.5. Gestaltung und Herstellung von Formteilen 386 5.2.5.1. Einleitung • 386 5.2.5.2. Gestaltung und Herstellung von Formteilen durch Preßverfahren 387 5.2.5.3. Gestaltung und Herstellung von Formteilen durch Spritzverfahren und Injektionsverfahren 410 5.2.6. 5.2.6.1. 5.2.6.2. 5.2.6.3. 5.2.6.4.

Neue Entwicklungen des Verbundbildungsprozesses Einleitung Der Tränkprozeß Die Formgebung des Verstärkungsmaterials Der Härtungsprozeß

427 427 429 430 431

5.3. 5.3.1. 5.3.1.1. 5.3.1.2. 5.3.1.3.

Konstruktive Lösungen für einfache und kombinierte Belastungen Normalbeanspruchte Bauelemente Zug Druck Zug/Druck

431 431 432 435 436

5.3.2. 5.3.2.1. 5.3.2.2. 5.3.2.3. 5.3.2.4. 5.3.2.5. 5.3.2.6.

Kombinationen Zug-Zug Druck—Druck Druck—Biegung Zug-Druck—Torsion Biegung—Torsion Biegung mit komplexen Lasten

437 437 439 440 441 443 443

5.4. 5.4.1. 5.4.2.

Kombinierte Beanspruchungen Einleitung Mathematische Grundlagen der Anstrengungstheorien

447 447 448

Inhalt

15

5.4.2.1. 5.4.2.2.

448 Beschreibung des mehrachsigen Spannungszustandes Allgemeine Formulierung der Anstrengungsbedingungen und deren Veranschaulichung 451

5.4.3. 5.4.3.1. 5.4.3.2. 5.4.3.3.

Anstrengungshypothesen für Konstruktionswerkstoffe Vorbemerkung Isotrope Werkstoffe Anisotrope Werkstoffe

5.4.4. 5.4.4.1. 5.4.4.2.

Experimentelle Untersuchungen, Ergebnisse und Interpretation 469 Versuchstechnische Realisierung kombinierter Beanspruchungen 469 Ergebnisse experimenteller Untersuchungen bei mehrachsiger Beanspruchung und deren Interpretation 472

5.4.5.

Folgerungen für die Konstruktionspraxis und praktische. Berechnungsverfahren . 480

5.5. 5.5.1. 5.5.2. 5.5.3. 5.5.3.1. 5.5.3.2. 5.5.3.3. 5.5.3.4.

Differential-, Integral- und Armierungsbauweise Einleitung Definitionen und Überblick Beispiele Metall-Plast-Bauweisen im Fahrzeugbau Camping-Wohnanhänger Gewächshauskonstruktionen Montagepresse-Bauweisen

Literatur

452 452 452 461

482 482 482 486 486 491 493 498 499

6. 6.1. 6.1.1. 6.1.1.1. 6.1.1.2. 6.1.1.3. 6.1.1.4. 6.1.1.5. 6.1.1.6. 6.1.1.7.

Bedingungsleichtbau Fügetechnik Klebverbindungen Einordnung des Gesamtgebietes Einsatzbereiche und Klebstoffauswahl Gestaltung von Klebverbindungen Bemessung ebener Verbindungen Rundverbindungen Viskose Materialeinflüsse Prüfungen und Abnahmebedingungen

507 507 507 507 507 512 516 523 526 530

6.1.2. 6.1.2.1. 6.1.2.2. 6.1.2.3. 6.1.2.4. 6.1.2.5.

Schweißen 530 Begriffsbestimmung und Charakter der Bindung 530 Aspekte der Gestaltung von Schweißkonstruktionen 531 Leichtbau durch Schweißkonstruktionen 535 Punktgeschweißte Dünnblechkonstruktionen . 539 Hinweise zur Verfahrensauswahl, Gestaltung und Bewertung von Plastschweißverbindungen 543

6.2. Zuverlässigkeit von Bauteilen 6.2.1. Begriffsbestimmung 6.2.2. Nachweise bei statischer Beanspruchung 6.2.2.1. Lastannahmen 6.2.2.2. Nachweismethoden 6.2.2.3. Zulässige Spannungen und Dehnungen 6.2.2.4. Grenzzustand Bruch, beliebiger Art 6.2.2.5. Grenzzustand Stabilitätsverlust 6.2.2.6. Grenzzustand Verformung 6.2.2.7. Grenzzustand Dehnung

548 548 549 549 551 552 555 557 557 558

6.3. 6.3.1. 6.5.2.

558 558 566

Zuverlässigkeitsnachweise bei dynamischer Beanspruchung Zeit- und Dauerfestigkeit Spannungs- und Dehnungskonzept für dynamische Lastfälle

16

Inhalt

6.3.3. Besonderheiten bei faserverstärkten Hochpolymeren 6.3.3.1. Verbundtypische Schädigungsprozesse 6.3.3.2. Eigenerwärmung 6.3.3.3. Zeit- und Dauerschwingverhalten von GFP 6.3.3.4. Zeit- und Dauerschwingverhalten von K F P 6.3.3.5. Besonderheiten bei Biegefedern aus GUP 6.4. 6.4.1. 6.4.2.

567 567 568 570 571 572

6.4.2.1. 6.4.2.2. 6.4.2.3. 6.4.2.4. 6.4.2.5. 6.4.2.6. 6.4.2.7. 6.4.2.8.

Deformationsverhalten bei Temperatureinwirkung 577 Allgemeines 577 Einfluß von Temperatureinwirkungen auf die mechanischen Eigenschaften bei Vernachlässigung von thermisch bedingten Alterungen 577 Verformungsverhalten und struktureller Aufbau 577 Grundlagen des viskoelastisch-linearen Verhaltens bei Temperatureinwirkung . . 581 Kriechverhalten 582 Relaxation 586 Zusammenhang zwischen Kriechen und Relaxation 587 Verhalten bei konstant zunehmender Verformung oder Spannung 588 Verhalten bei schwingender Beanspruchung 592 Schädigungs- und Versagensverhalten 599

6.4.3. 6.4.3.1. 6.4.3.2. 6.4.3.3. 6.4.3.4.

Alterung durch langandauernde Temperatureinwirkung 601 Einführung 601 Theoretische Grundlagen 602 Einfluß einer langandauernden, zeitlich konstanten thermischen Einwirkung . . . 603 Einfluß einer langandauernden, zeitlich intermittierenden thermischen Einwirkung . 619

6.4.4. 6.4.4.1. 6.4.4.2.

Einfluß bei komplexen Einwirkungen Einfluß bei thermisch-mechanischer Beanspruchung Einfluß bei thermischer, mechanischer und medialer Beanspruchung

Literatur 7. 7.1. 7.1.1. 7.1.1.1. 7.1.1.2.

620 620 622 625

Bauteilberechnung, -bemessung und -gestattung Voll wandkonstruktionen Ausgeführte Rohrleitungen und Anlagen Konstruktiver Werkstoffeinsatz für Rohrleitungssysteme Spezielle Aussagen zu GUP-Rohren

636 636 636 636 638

7.1.2. Beanspruchungsanalyse 7.1.2.1. Schalen unter Innendruck 7.1.2.2. Schalen unter Außendruck 7.1.2.3. Schalen unter Axialdruck 7.1.2.4. Schalen unter Biegung

642 644 655 661 664

7.1.3.

Optimierter Rohrwandaufbau bei Mischverstärkung

667

7.2. 7.2.1. 7.2.1.1. 7.2.1.2. 7.2.1.3.

Strukturschaumstoffkonstruktionen 669 Begriffsbestimmung, materialökonomische Bedeutung, ausgeführte Konstruktionen 669 Begriffsbestimmung 669 Materialökonomische Bedeutung 670 Ausgeführte Anwendungen und Konstruktionskonzepte 670

7.2.2. Werkstoffeigenschaften 7.2.2.1. Einführung 7.2.2.2. Mechanische Eigenschaften 7.2.2.3. Physikalische und chemische Eigenschaften

672 672 674 677

7.2.3. Dimensionierungskriterien 7.2.3.1. Allgemeine Hinweise, Modellannahmen 7.2.3.2. Anwendung des 3-Schicht- oder Sandwichmodells 7.2.3.3. Profilförmige Formteile

679 679 680 684

Inhalt

17

7.2.4. 7.2.4.1. 7.2.4.2. 7.2.4.3. 7.2.4.4.

Gestaltungshinweise Verfahrens- u n d w e r k z e u g g e r e c h t e s G e s t a l t e n Steifigkeits- u n d f e s t i g k e i t s e r h ö h e n d e s G e s t a l t e n Festigkeitssteigerung d u r c h Einlegteile Einlagerungen zur Kernversteifung und Kernverstärkung

685 685 689 693 694

7.2.5. 7.2.5.1. 7.2.5.2.

Fügen von Strukturschaumstoff-Formteilen Lösbare Verbindungen Unlösbare Verbindungen

694 694 696

7.3. 7.3.1. 7.3.1.1. 7.3.1.2.

Sandwichkonstruktionen B e r e c h n u n g von e b e n e n S a n d w i c h e l e m e n t e n Sandwichplattenstreifen, Sandwichbalken P l a t t e n u n d Scheiben

697 698 698 711

7.3.2.

Ausgewählte A s p e k t e zu S a n d w i c h s y s t e m e n

719

7.4. 7.4.1. 7.4.2. 7.4.3. 7.4.4. 7.4.5. 7.4.6. 7.4.7. 7.4.8. . 7.4.9.

V e r s t e i f t e P l a t t e n u n d Schalen Definitionen Steifigkeits- u n d F e s t i g k e i t s a n f o r d e r u n g e n Nachweis der örtlichen S t a b i l i t ä t b e i p r o f i l i e r t e n P l a t t e n Z u s a m m e n f ü h r u n g d e r Vielfalt d e r Versteifungsmöglichkeiten D e r V e r s t e i f u n g s f a k t o r bei o r t h o g o n a l e n P l a t t e n A n w e n d u n g der P l a t t e n g l e i c h u n g auf o r t h o g o n a l e P l a t t e n D u r c h b i e g u n g d e r allseitig a m U m f a n g e i n g e s p a n n t e n v e r s t e i f t e n P l a t t e Materialökonomische E f f e k t e d u r c h V e r s t e i f u n g e n Technologisch b e d i n g t e I m p e r f e k t i o n e n bei P r o f i l i e r u n g e n

728 728 728 730 733 734 739 743 745 747

7.5. 7.5.1. 7.5.2. 7.5.3. 7.5.4. 7.5.4.1. 7.5.4.2. 7.5.4.3.

Ausgewählte Anwendungsbereiche Allgemeiner M a s c h i n e n b a u Luft- und Raumfahrt Fahrzeugbau Werkzeugmaschinenbau A r b e i t s r a u m a b s c h i r m u n g e n (ARA) Abdeckungen Gestelleinheiten

748 748 751 755 757 757 759 760

7.5.5. 7.5.5.1. 7.5.5.2. 7.5.5.3. 7.5.5.4.

Elektrotechnik/Elektronik B e s o n d e r h e i t e n d e r Mikroelektronik Materialökonomische E f f e k t e d e r M i k r o e l e k t r o n i k L e i c h t b a u e f f e k t e d u r c h spezielle A n w e n d u n g e n Leichtbaueffekte durch neue Werkstoffe

760 760 763 765 767

7.5.6. 7.5.7.

Anlagen u n d R a t i o n a l i s i e r u n g s m i t t e l b a u Meliorationswesen

771 773

. . . .

Literatur

777

8.

Leichtbaugerechte Maschinenelemente

784

8.1. 8.1.1. 8.1.2. 8.1.3.

H o c h p o l y m e r e K o n s t r u k t i o n s w e r k s t o f f e f ü r v o r w i e g e n d tribologisch b e a n s p r u c h t e Maschinenelemente Problemstellung Eigenschaftsspezifik K r i t e r i e n f ü r die W e r k s t o f f a u s w a h l

784 784 787 792

8.2. 8.2.1. 8.2.2. 8.2.2.1. 8.2.2.2. 8.2.2.3.

W a r t u n g s f r e i e Gleitlager Tribologie u n d L e i c h t b a u G e b r a u c h s d a u e r g e s c h m i e r t e Gleitlager Wirkungsweise Eigenschaften H e r s t e l l u n g , E i n s a t z g e b i e t e u n d k o n s t r u k t i v e Hinweise

795 795 798 798 798 814

2

Knauer/Wende

Inhalt

18 8.2.3. 8.2.3.1.

Selbstschmierende Gleitlager Wartungsfreie Gleitlager aus technischer Kohle und Metall-Graphit-Verbundwerkstoffen ' 8.2.3.2. Verbundlager auf der Basis von Stahl/Plastkombinationen 8.2.3.3. Massive Plastgleitlager 8.2.3.4. Selbstschmierende Gleitlager aus Sonderwerkstoffen

814 815 816 820

"8.2.4. 8.2.4.1. 8.2.4.2. 8.2.4.3. 8.2.4.4.

820 820 821 822 824

Berechnung wartungsfreier Gleitlager Probleme der Lagerauslegung Statischer Nachweis Thermischer Nachweis Lebensdauerabschätzung

8.3. Zahnräder und Zahnradgetriebe 8.3.1. Gegenwärtiger Stand 8.3.2. Fertigungstechnische Hinweise 8.3.3. Konstruktive Gestaltung 8.3.4. Verzahnungsqualität 8.3.5. Berechnungsgrundlagen 8.3.5.1. Allgemeines zum Betriebsverhalten 8.3.5.2. Berechnung der Zahnradtemperatur 8.3.5.3. Zahnfuß- und Zahnflankentragfähigkeit 8.3.5.4. Zahnflankenverschleiß 8.3.5.5. Zahnverformung 8.4. 8.4.1. 8.4.2. 8.4.3. 8.4.4 8.4.5.

814

825 825 827 829 832 832 832 833 835 842 844

Kupplungen 845 Tendenzen des Leichtbaues im Kupplungsbau 845 Realisierung des Leichtbaues durch den Einsatz von Hochpolymeren für mechanische Kupplungen 846 Erarbeitung prinzipieller Lösungen für drehelastische Kupplungen aus Hochpolymeren 848 Dimensionierungsgrundlagen 849 Kupplungsvarianten und Bewertung 856

Literatur

860

9.

Einsatz experimenteller, methodischer und rechentechnischer Mittel

862

9.1. 9.1.1. 9.1.2.

Experimentelle Arbeitsweise Ermittlung vorhandener Beanspruchungen am Originalobjekt Analogieuntersuchungen

862 863 864

9.2. 9.2.1.

Rechentechnische Methoden 865 Grafische und alphanumerische Rechentechnik, Konstrukteurs- und Technologenarbeitsplätze (Hardware) 865 9.2.1.1. Grundstruktur und Einsatz von CAD-Systemen 866 9.2.1.2. Ausführungsbeispiele für CAD-Systeme 867 9.2.1.3. Arbeit am CAD-System 869 9.2.1.4. Gegenwärtiges Leistungsvermögen und Tendenzen 870 9.2.2. 9.2.3. 9.2.3.1. 9.2.3.2. 9.2.4. 9.2.4.1. 9.2.4.2. 9.2.4.3.

Unterstützungasysteme Berechnungs- und Dimensionierungsprogramme Die Berechnung von wartungsfreien Gleitlagern aus Hochpolymeren unter Nutzung des Programmsystems RENDIS Die Berechnung der Spannungen und Verformungen von rotationssymmetrischen Sandwichbauteilen mit Hilfe des Programmpaketes ROSCHA

871 873

878

Mathematische Optimierung Begriffsbestimmung Monetarische Optimierung Polyoptimierung

896 896 898 901

873

Inhalt

19

9.2.4.4. 9.2.4.5.

Einordnung von Optimierungsmodellen Einordnung von Optimierungsstrategien

902 904

9.3. 9.4.

Gebrauchswert-Kosten-Analyse Ausblick

904 912

Literatur

915

Anhang: Leichtbau als Konstruktionsprinzip — Verbünde als Entwicklungsaufgabe — ausgewählte Neu- und Weiterentwicklungen — Konstruktionsmaterialien für den Stoffleichtbau — Halbzeuge für den Gestaltsleichtbau — Berechnungsunterlagen — Ergänzungen für den Hüll- und Stützbereich — Unterlagen für den ökonomischen Leichtbau 918 Sachregister

2*

988

Formelzeichenverzeichnis

A B C D E E(t) ET F G H I I(t) Ih K K(t) Kv L M Mb N 0 P Q Qi R Rt S T V W X Xn XR Y Z

Fläche, Aushärtungsgrad Bestimmtheitsmaß, Biegesteifigkeit Verformungsgrößen, Wälzpunkt Dehn-, Schub- und Biegesteifigkeit Elastizitätsmodul Relaxationsfunktion Tangentenmodul Kraft Schubmodul Ersatzmomente, verallgem. Schnittmomente Flächenträgheitsmoment Kriechfunktion Verschleißintensität (linear) Kosten, Massekennwert Kompressionsfunktion, Kriechkern dynamischer Überlastfaktor Lebensdauer Kraft-, Drehmoment Biegemoment Anzahl der Lastwechsel, Anzahl der Schalenabschnitte Oberfläche Leistung, Preis Wärmemenge, Querkräfte, Ersatzkräfte Qualitätsklasse Widerstand, Festigkeit, Reibung Rauheit Steifigkeit, Sicherheitsbeiwert, Spiel Temperatur Volumen Arbeit, Energie, Abminderungsfaktoren Stoffeigenschaften (allgemein) Normkennwert Rechenwert, verbindlicher Projektierungswert Zielgröße Vektoren

Formelzeichenverzeicknis

a a„ b c d ex eR f h i kj k^ 1 1R m n n F , na p p q r s sR t u ü v w x x y z a /AA. AAA/

W/V,

'////,

'AAAA,

VA/A 'AAA' ' / / / /'AAAT

'AAAAA,

'/AAA,

AAAA,

Abb. 2.2: Ablaufvarianten nach den standardisierten Nomenklaturen

konstruktionen reduziert sich die gesamte Konzeptphase auf diesen Schritt. Objektentsprechendes Bemessen und Gestalten einschließlich der Werkstoffauswahl erfolgt mit dem Arbeitsschritt „Technischer Entwurf". Eine große Zahl von Leichtbauregeln bezieht sich auf diesen Bereich, entsprechend auch die Konstruktionsgerechtheiten „werkstoffgerecht", „montagegerecht", „normgerecht" u. a. Die Fertigstellung der Konstruktionsunterlagen umfaßt mehr als die klassische Herstellung von Stücklisten und Werkstattzeichnungen. Erforderlich ist auch ein größerer Zeit- und Mittelanteil für die Auswertung von Versuchen. Die Erprobung und rechentechnische Simulation des Verhaltens der Leichtbaukonstruktion unter Anwendungsbedingungen wird, da zur Masseeinsparung an die Grenze zulässiger Beanspruchbarkeit gegangen werden muß, stets einen breiten Raum einnehmen. Erst danach kann über den Werkstoff-, Arbeitskräfte- und Finanzmittelaufwand endgültig befunden und die Entscheidung zur Produktionsüberleitung, zum Abbruch bzw. zum erneuten Durchlauf (Rückgriffe) des ganzen oder eines Teiles der Arbeitsschritte getroffen werden. So lassen die modernen Entwicklungstrends der Rechentechnik (insb. durch Prozeßund Mikrorechner) Integrationstendenzen zwischen den Bereichen Energie und Information erkennen. Dies ist vergleichbar mit der früheren Entwicklung im Hüll- und Stützbereich im Zusammenhang mit der Herausbildung der Schalenbauweise. Durch die Querschnittauflösung von tragenden Teilen wurde es möglich, ihnen gleichzeitig raumabschließende Funktionen mit entsprechender Masseeinsparung zuzuordnen.

45

Aufbereitungsphase

Konzept bzw. Prinzip phase

vProblemaufbereitung

J

F/E

erfinderische Leistungen . Studien

Such-und Grundlagenforschung

Themenfindung

t

'Kunden* wünsche Markterfordernisse

Angewandte Forschung Abb. 2.3:

Zyklus von Produktentwicklungen mit vorwiegend konstruktiven Merkmalen

Mit Abb. 2.3 werden für die Produktentwicklung die diskutierten Einzelschritte als Zyklus dargestellt. Ausgehend von fünf neugefaßten Hauptrichtungen aus Wissenschaft und Technik wird zur Themenfindung in Verbindung mit den fünf, in Tab. 2.1 dargestellten, konstruktiven Phasen ein überschaubarer konstruktionstechnischer Ablauf für Maschinen, Antriebe, Tragwerke, Aufbauten u. ä. demonstriert. Dabei ist stets der Parallellauf bzw. die Verflechtungen und Verzweigungen der Bereiche: — Stoff (Be- und Verarbeitungsgut) mit Gefäßsystem (Raum-, Träger- und Stützbereich), — Energie (Antriebe), — Information (Messen, Steuern, Regeln) zu berücksichtigen. 2.3.

Zur Auibereitungsphase

Bei der Präzisierung der Aufgabe wird ausgehend von meist sehr allgemein gehaltenen Vorstellungen aus der Themenfindung durch Markterfordernisse, Prognosen, Studien u. a. das technische Ziel und die ökonomische Wirkung einer Neu- oder Weiterentwicklung festgelegt. In erster Linie werden die Endergebnisse für den Masseeinsatz bestimmt.

46

Konstruktionstechnische Grundlagen

Dazu gibt es die Form, in ,,black-box-Darstellung" die Randbedingungen und das gewünschte Endergebnis zu formulieren. Die Vorgaben sind aus Entwicklungsstrategien und der Marktfähigkeit gestaffelt als — — — —

Festforderungen (FF) mit zwei Grenzen, Richtungsforderungen (RF), Grenzforderungen (GF) mit einer Grenze, Wünsche

festzulegen. J e nach Funktion kann die Werkstoff einsatzmenge in jeder dieser Formen in Erscheinung treten. Die Massesenkung wird meist als Richtungsforderung über Durchschnittswerte mit 30- -50% gegenüber Vorgängererzeugnissen bei der Weiterentwicklung vorgegeben. Sie kann bei Neulösungen auch als Höchstgrenze (Grenzforderung) angesetzt werden. Bei der Luft- und Raumfahrt bestehen eng eingegrenzte Festforderungen. Für stationäre Bauwerke wird man oft mit Wünschen konfrontiert. Für Finalerzeugnisse sind nicht nur die neuen Elemente, sondern auch die wiederverwendungsfähigen Baugruppen nach ihrem Massebedarf zu analysieren. Es sind alle Anstrengungen Vorgaben ••

Randbedingungen

Nebenwirkungen

••

(Umgebung,

Fertigung

,

Transport)

Abb. 2.4: Black-Box-Darstellung zur Präzisierung der Aufgabe

zu unternehmen, um Wirkungen der modernen Technik und Technologie zum Zeitpunkt der Produktionsreife voll zu berücksichtigen, d. h. die Senkung des Materialverbrauches vorausschauend zu planen. Abbildung 2.4 zeigt den Gesamtkomplex der zu erfassenden Angaben. Bei den Ein- und Ausgangsgrößen steht an erster Stelle die Hauptfunktion des zu konstruierenden Gebildes, meist die Be- oder Verarbeitung von Stoffen. Dabei sind Aussagen zum Zustand (fest, pastös, flüssig, gasförmig, chemische Zusammensetzung) sowie zur Beschaffenheit (Struktur, Oberfläche) und geometrischen Form (Maßangaben und Toleranzen) erforderlich.

Konzeptphase

47

Bei formlosen Stoffen sind in jedem Fall Angaben zu den Behältern, Speichern, Paletten u. a. entsprechend der festen Stoffe notwendig. Dies wird ergänzt durch die Beschreibung zur Lage, Anordnung, Anzahl und Volumen. Ein wesentlicher Teil der Ein- und Ausgangsgrößen ist den Masseangaben zu widmen. Sie betreffen auch die Vorgaben zur prinzipiellen Gestaltung (Bauweise, Verfügbarkeit von Werkstoffen), die Hauptabmessungen, Aixschlußmaße, Kosten und Kostenlimite. Bei den Randbedingungen wird zwischen Umständen und Nebenwirkungen unterschieden. Die Umstände beinhalten Einwirkungen aus der Umwelt auf die Maschine, den Arbeitsgegenstand und die Hilfsgrößen zur Verfahrensrealisierung. So sind physikalische Einwirkungen als mechanische Belastungen, Schwingungen, elektrische und magnetische Kräfte, Temperaturfelder genauso zu erkennen, wie chemische, klimatische und biologische Bedingungen (Korrosion, Klimazonen u. a.). Aus technischer Sicht beinhalten die Umstände die Aufstellbedingungen (Deckenbelastung), Betriebssicherheit (Überlebenswahrscheinlichkeit, Drehzahlgrenzen, Lebensdauer, Betriebsart), Instandhaltungs- und Wartungszyklen. Im Hinblick auf die arbeitswissenschaftlichen Erkenntnisse sind Umstände zur Bedienung, ihre Zahl und Qualifikation, der Bedienkomfort, und die Arbeitsplatzgestaltung zu erkennen und festzulegen. Von größter Bedeutung für den Leichtbaugrad sind die ökonomischen Umstände. Sie betreffen Aussagen zur Materialeinsparung, Steigerung der Arbeitsproduktivität, Betriebs-, Wartungs- und Instandhaltungskosten, den Energieverbrauch u. a. Als Nebenwirkungen sind in der Aufbereitungsphase negative Einflüsse auf die Umgebung und innerhalb des Erzeugnisses zu ermitteln, damit ihre Begrenzung angestrebt werden kann. Als Nebenwirkung auf die Umgebung müssen Lärm- und Staubbelastungen, Dämpfe, Gase und Strahlungen angesehen werden, auf Wirkungen nach innen sind die Wirkenergie, Steuerinformation, die Hilfsstoffe und Arbeitsgegenstände zu analysieren und Forderungen abzuleiten. Damit stehen dann für die Erzeugnisentwicklung wichtige Nebenbedingungen und Entwicklungsziele fest. Die Aufbereitungsphase endet mit der Formulierung der funktionswichtigsten Ausgangsgröße, die als sog. abstrahierte Aufgabenstellung in den Mittelpunkt der Konzeptphase gestellt wird. Bei den 3 nachfolgend aufgeführten Neukonstruktionen lautete sie: a) Übersetzungseinrichtung für die Feststellbremse des L 60 [11], b) Verschnürmaschine [12], c) Hochleistungsfähige Ballwurfmaschine [13]. Abgeleitet wurde sie also aus der Differenz zwischen Ausgangs- und Eingangsgrößen sowie der erforderlichen Grundfunktionen zur Bewirkung der geforderten Veränderungen am Arbeitsgegenstand.

2.4.

Zur Konzeptphase

Die Konzeptphase umfaßt im allgemeinen die Bestimmung des Verfahrensprinzips, der Funktionsstruktur und des technischen Bauprinzips. Die Reihenfolge der Prinzipbestimmung richtet sich nach dem Neuheitsgrad der Aufgabe. Begonnen wird in der

48

Konstruktionstechnische

Grundlagen

Konzeptphase I immer mit dem unklarsten Gebiet. Wenn noch kein technisches Prinzip bekannt ist, d. h. beim Fehlen jeglicher Hinweise auf Realisierbarkeit mit dem Suchen nach dem Verfahrensprinzip, der Umsetzbarkeit von forschungsmäßig abgesicherten chemischen, physikalischen oder biologischen Effekten (konstruktive Neulösung) bzw. bei Kenntnis über Vorbilder mit dem Suchen nach günstigen geometrischen Relationen und ihrer Umsetzung (Bauprinzip). Genutzt werden dabei die systematischen Arbeiten von K O L L E R [14], R O T H [15] u. a. Die Abb. 2.5 und 2.6 zeigen Verfahrensprinzipien im Energiebereich. Es schließen sich an die 1. Etappe die Arbeiten mit den gefundenen Punktionselementen im Sinne der Ermittlung von Funktionsstrukturen (Konzeptphase II) an. Dazu wurden in Tab. 2.3 die hauptsächlichen Funktionen der in Abschn. 2.3. behandelten Konstruktionsbereiche in geordneter Form zusammengestellt. Abbildung2.7 liefert die beispielorientierte Darstellung. ' Der dritte Schritt (Konzeptphase III) erfolgt je nach Konstruktionsaufgabe im Bereich der Verfahrensstruktur (Weiterentwicklung) bzw. über technische Bauprin-

Haupt

Gliederungsteil AUg.Funktionen

Spez. Effekt

Gleichung

2

1

1 Keil

Zugriffsteil

teil Verstärkungsfaktor V

Anordnungsbeispiel 2

FJ

Fj

Energiewandelnde Systeme

Hebel

cot 0. "(MI

a

•COt

i F1

F2=1JF1

max

0,6-1

aj

ajE

Flaschen zug

- F y F

r

F

% t

F

EB EB £4,

A2 2

0

1 A-j

£

verschiedene Federkon stanten

= jr-

i

F

v.

i

-

Rückstoß Wirkung

- F #2-F, 2

h2

At2

pj

-

F

L . 9 l . V c2 1

V

rfel

v-

A!L At2

V~

2

2.5: D a r s t e l l u n g v o n V e r f a h r e n s p r i n z i p i e n

( N a c h ROTH [16]) zur m e c h a n i s c h e n K r a f t v e r v i e l f ä l t i g u n g )

3 Schubführungen

Bewegungssperrung in einer Richtung für 06

g 0.4

0,2

-X\

ökonomisch gute... sehr gute, technisch aber unbefriedigende Lösungen

/ ökonomisch/ / sehr gute ^ / Lösungen//^Y

lie

tmw&M

^ \ ^

^

'

technisch' sehr gute, - Lösungeny !/ / -

/ / / W / / A / / / / / / / / Ä , , nicht tragbare / / / vor allem techi nisch mangel >hafte-Lösungen

\\ x ^ \ \ x

technisch gute... sehr gute, wirtschaftlich aber unbefriedigende Lösungen

\N

'A

< \ \ \

tragbare '/ vorallem Wirt schaftlich man gelhaffe' / / Lösungen