Deger Die Methode der Finiten Elemente

Grundlagen und Einsatz in der Praxis - Studienausgabe
8. Auflage 2017
ISBN: 978-3-8385-5158-6
Verlag: UTB
Format: PDF
Kopierschutz: 0 - No protection

E-Book, Deutsch, 160 Seiten

Das Buch vermittelt Neueinsteigern, Anwendern und Entscheidungsträgern einen Überblick über Grundlagen, Möglichkeiten und Grenzen der FE-(Finite-Elemente-)Methode. Es erklärt die Arbeitsweise der zugehörigen Programme auf leicht verständliche Art und beschreibt die Voraussetzungen und Vorgehensschritte für den erfolgreichen und effizienten Einsatz in der Ingenieurpraxis. Dabei wird besonders darauf Wert gelegt, das physikalische Problem als ein mechanisch/mathematisches Modell so einfach wie möglich, aber so genau wie nötig zu simulieren, die aussagekräftigen Ergebnisse aus der Berechnung zu selektieren und diese kritisch auszuwerten bzw. kompetent zu interpretieren. Die zahlreichen, einfach gehaltenen, anwendungsspezifischen Beispiele aus einer breiten Palette von Problemen mit Praxisbezug regen den Leser zum selbständigen Üben an.-

Autoren/Hrsg.

Deger, Yasar

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Maschinenbau Konstruktionslehre, Bauelemente, CAD
• Technische Wissenschaften Technik Allgemein Modellierung & Simulation
• Technische Wissenschaften Technik Allgemein Konstruktionslehre und -technik
• Mathematik | Informatik Mathematik Numerik und Wissenschaftliches Rechnen Numerische Mathematik

Inhaltsverzeichnis

1 Allgemeine Gesichtspunkte
1.1 Führungsarten
2 Aufgabe und Einteilung der Führungen
3 Grundformen der Führungen
4 Auswahl von Führungen
4.1 Eigenschaften von Tischführungen
5 Geradführungen
5.1 Führungstypen
6 Hydrodynamische Führung (Gleitführungen)
6.1 Zulässige Flächenpressungen auf Führungsbahnen
6.1.1 Werkstoffpaarung
6.2 Berechnungsbeispiel für eine Flachprismenführung
6.2.1 Prismenführung
6.2.2 Verschiebekraft
6.3 Gestaltung
6.3.1 Flachführungen
6.3.2 Schwalbenschwanzführung
6.4 Passleisten
6.5 Umgriffleisten
6.6 Rundführungen
6.7 Klemmgefahr
6.8 Hydrodynamische Druckbildung
6.9 Reibungsarten
6.10 Stribeck-Kurve
6.11 Werkstoffe für Gleitführungen
7 Wälzende Geradführungen
7.1 Vergleich zwischen Kugel- und Rollenführungen
7.2 Vergleich zwischen Gleit- und Wälzführungen
7.3 Crash-Sicherheit
7.4 Dämpfung
7.5 Genauigkeit der Anschluss-Konstruktion
7.6 Ablaufgenauigkeit der Linearführung
8 Kombinierte gleitende und wälzende Geradführung
9 Fehler der Gleitführungen sowie ihre Ursachen, ihre Messung und Korrektur
9.1 Messprinzipien
9.2 Messung der Tischgerad- und -ebenheit
9.2.1 Messverfahren mit Lineal und Wegaufnehmern
9.2.2 Messverfahren mit positionsempfindlicher Diode (PSD)
9.2.3 Messverfahren mit Autokollimator
9.2.4 Messverfahren mit elektronischer Neigungswaage
9.2.5 Messverfahren mit Laser-Interferometer und Winkeloption
9.3 Messung der Geradlinigkeit der Bewegung
9.4 3D-Formvermessung (Elcolevel)
9.5 Laservermessung
9.6 Abweichungs-Korrektur
10 Hydrostatische Gleitführungen
10.1 Eigenschaften und Anwendung der Hydrostatik
10.2 Arbeitsweise hydrostatischer Lager
10.3 Systeme zur Ölversorgung
10.4 Viskosität und Fließvorgänge des Druckmittels
10.5 Tragfähigkeit und Ölfilmsteifigkeit
10.6 Bauarten Hydrostatischer Flachführungen
10.7 Vorteile der hydrostatischen Führung
10.8 Nachteile der hydrostatischen Führung
11 Aerostatische Geradführungen
11.1 Präzisionsluftlager – Technologie der Zukunft
11.2 Funktionsweise von Luftlagern (aerostatische Lager)
11.2.1 Klassifizierung
11.2.2 Konventionelle Luftlager
11.3 Vorteile der aerostatischen Führung
11.4 Nachteile der aerostatischen Führung
11.5 Anwendungen
12 Elektromagnetische Geradführungen
12.1 Beschreibung der einzelnen Schwebeprinzipien
12.1.1 Permanentmagnetisches Schweben (PMS)
12.1.2 Verwendung des permanentmagnetischen Schwebens
12.1.3 Elektrodynamisches Schweben (EDS)
12.1.4 Verwendung des elektrodynamischen Schwebens
12.2 Anwendungen
12.2.1 Förderfahrzeug mit Hybrid-Magnetschwebesystem
12.2.2 Lineare Magnetführung für eine direkt angetriebene Vorschubachse
12.3 Magnetschwebetechnik am Beispiel des Transrapid
12.3.1 Antriebssystem
13 Beanspruchung, Steifigkeit und Kontaktsteifigkeit der Geradführungen
13.1 Berechnungsbeispiel
14 Schmierung von Gleitführungen
14.1 Ölzufuhr
14.2 Gleitführungen mit polymeren Lagerwerkstoffen
14.3 Wirkung von Abstreifern
14.4 Einfluss des Werkstoffes
14.5 Einfluss der Flächenpressung
14.6 Strukturierung der Gleitflächen
14.7 Zusammenfassung
15 Schmierung von Wälzführungen
15.1 Führungs-Beschichtung
15.2 Spezialwerkstoffe
15.3 Abdichtung und Abstreifer
16 Führungselemente geradliniger Führungen
16.1 Geometrische Grundformen
16.1.1 Gleitführung
16.1.2 Wälzführungen
16.2 Ausführungen linearer Profilschienenführungen
16.2.1 Rollenführungen
16.2.2 Profilschienenführung mit eingebautem elektrischen Direktantrieb
17 Klemmeinrichtungen geradliniger Führungen
17.1 Funktionsbeschreibung einer Sicherheitsklemmung für Schienenführungen
17.1.1 Pneumatisch mit Membrankammer
17.1.2 Pneumatisch mit Keilgetriebe
17.1.3 Hydraulische Schwerlastklemmung
17.1.4 Hydraulisches Brems- und Klemmelement mit Keilgetriebe
17.2 Maschinenspezifische Klemmlösungen
18 Dämpfungselemente geradliniger Führungen
18.1 Profilschienenführung mit Dämpfelementen
18.2 Zusammenfassung
19 Messsysteme an geradlinigen Führungen
19.1 Beispiele von geradlinigen Messsystemen
19.1.1 Fotoelektrisches Linearmesssystem mit Strichmaßstab
19.1.2 Inkrementales Längenmesssystem mit fotoelektrischer Abtastung
19.1.3 Fotoelektrisches Linearmesssystem mit Code-Lineal
19.1.4 Resolver
19.2 Elektrische Messsignal Verarbeitung
19.3 Eigenfrequenz des Messsystems
19.4 Längenmesssystem „Closed Loop“ und „Semiclosed Loop
19.4.1 Vergleich zwischen „Semiclosed Loop“ und „Closed Loop“ Messsystem
19.5 Prinzip und Baumaße der Längenmessgeräte
19.6 Profilschienenführung mit integriertem Wegmesssystem
19.7 Fehleinflüsse der direkten und indirekten Wegmessung
19.8 Übersicht über digitale Messverfahren
19.9 Übersicht über analoge Messverfahren
20 Drehführungen
21 Hydrodynamische Drehführungen
21.1 Aufbau der hydrodynamischen Spindel
21.1.1 Drehzahl
21.1.2 Steifigkeit
21.1.3 Schmierung
21.2 Anwendungsbeispiele mit hydrodynamischen Spindeln
22 Wälzende Drehführungen
22.1 Lagerauswahl für wälzgelagerte Werkzeugmaschinen-Spindeln
22.2 Thermisch neutrale Hauptspindellagerung
22.2.1 Ermittlung des thermisch neutralen Abstandes
22.3 Anwendungsbeispiel
22.4 Ausgeführte wälzende Drehführungen von Werkzeugmaschinen
22.4.1 Lagerungssysteme für die Arbeitsspindeln von Dreh- und Fräsmaschinen
22.4.2 Erfahrungen mit dem Fest-/ Loslager-System
22.4.3 Erfahrungen mit dem starren Lagerungssystem
22.4.4 Bearbeitungszentrum Arbeitsspindellagerung
22.4.5 Schleifmaschinen Spindellager
22.5 Rundachsenlagerung
22.6 Rundachslager mit Zusatzfunktionen
22.6.1 Rundachslager mit integriertem Winkel-Messsystem
22.6.2 Schwingungsgedämpftes Rundtischlagersystem
22.7 Drahtwälzlager für Leichtbau-Konstruktionen
23 Hydrostatische Drehführungen
23.1 Taschen-Drucköl-Systeme
23.1.1 Hydrostatische Lager ohne zusätzliche Regelung
23.1.2 Hydrostatische Lager mit Regelung
23.2 Hydrostatische Spindeln
23.3 Hydrostatische Axiallager
23.4 Hydrostatischer Gewindetrieb im Vergleich zum Linearmotor
23.4.1 Die Steife bei statischer sowie dynamischer Belastung
23.4.2 Die maximale Beschleunigung
23.5 Anwendungs-Beispiele
24 Aerostatische Drehführungen
24.1 Aufbau einer aeroynamischen Spindel
24.2 Anwendungen
25 Elektromagnetische Drehlagerungen
25.1 Unterschied zwischen magnetisch gelagerten Spindeln und herkömmlich gelagerten Spindeln
25.2 Prinzip der Regelung
25.3 Vor- und Nachteile magnetisch gelagerter Spindeln
25.4 Anwendungen magnetisch gelagerter Spindeln
25.5 Aufbau einer Magnetlager-Motorspindel
25.6 Vorteile von magnetgelagerten Motorspindeln im Formenbau
25.7 Grenzen von Magnetlager-Motorspindeln
25.8 Anwendungen
25.8.1 Rundtisch mit kombinierten mechanischen Lager und Magnetlagersystem
25.8.2 Rundtisch mit Magnetlager und Führung
26 Klemmung drehender Führungen
26.1 Funktion verschiedener Klemmsysteme
26.1.1 Pneumatisches Klemm- und Bremselement
26.1.2 Klemmelement zur Drehmomentaufnahme mit Federenergiespeicher
26.1.3 Klemmsystem „RotoClamp“ Fabrikat Hema
26.1.4 Axiale Klemmung einer Fräskopfachse
26.1.5 Radiale Klemmung einer Schwenkfräskopfachse
27 Schmierung drehender Führungen
27.1 Aufgaben der Schmierung
27.2 Fettschmierung
27.3 Öl+Luft-Schmierung
27.3.1 Vorteile der Öl+Luft-Schmierung
27.3.2 Schmierstoffmenge für Wälzlager
27.3.3 Anforderungen an den Schmierstoff
27.3.4 Druckluft
27.3.5 Schmierstoffzuführung
27.3.6 Öl+Luft-Schmieranlagen
27.4 Schmierung mit großen Ölmengen
27.4.1 Gestaltung der Einspritzschmierung
27.5 Schäden durch mangelhafte Schmierung
27.6 Selbstschmierende Gleitlager
28 Messsysteme für drehende Führungen
28.1 Fotoelektrischer Drehgeber mit Strichscheibe
28.2 Axial-Radiallager mit Messsystem
28.2.1 Vorteile des Messsystems
29 Dichtung
29.1 Dichtung geradliniger Führungen
29.2 Dichtung drehender Führungen
29.2.1 Berührende Dichtsysteme
29.2.2 Berührungsfreie Dichtsysteme
29.2.3 Sperrluft-Dichtsysteme
29.2.4 Drehende Dichtungen mit Sensor-Verschleißerkennung
30 Reibung
30.1 Äußere Reibung
30.2 Innere Reibung
30.3 Reibung in der Schmierungstechnik
30.3.1 Tribologische Eigenschaften
30.4 Reibungsverhältnisse im Zahnradgetriebe
30.5 Reibungsverhältnisse bei Vorschubantrieben
31 Führungs-Schutzabdeckungen
31.1 Teleskop-Stahlabdeckungen
31.1.1 Stahlabdecksysteme für hohe Verfahrgeschwindigkeiten
31.2 Rolloabdeckungen
31.3 Faltenbälge
31.3.1 Schutzabdeckungen im Bereich Großbearbeitungszentren
31.4 Profilierte Führungsbahnabstreifer
32 Werkstoffe für drehende Führungen
32.1 Gleitlager
32.2 Normen
32.3 Hochbelastete Spindeln aus faserverstärkten Kunststoffen
33 Berechnungsprogramme Linearführungselemente
33.1 Berechnungsprogramm INA „Bearinx
33.1.1 Programm-Eingabeschritte
33.1.2 Berechnungs-Beispiel
33.2 Berechnungsprogramm Bosch Rexroth „Linear Motion Designer
33.3 Berechnungsprogramm für Schneeberger „Monorail“ Führungen
34 Gleitlager- und Wälzlager-Schäden
34.1 Gleitlager-Schäden
34.2 Wälzlager-Schäden
34.2.1 Überwachung der Lager
35 Anwendungsbeispiele
36 Literaturverzeichnis
37 Stichwortverzeichnis

Über Autor(innen)

Deger, Yasar
Dr. Yasar Deger war über 30 Jahre als Dozent für Technische Mechanik und Finite Elemente Methode an der HSR, Hochschule für Technik, Rapperswil in der Schweiz tätig. Während dieser Zeit war er zugleich als Berechnungsingenieur und Experte in der Industrie engagiert und blickt auf breitgefächerte Erfahrung in der Anwendung der FEM in mehreren Bereichen zurück. Seit 1992 erteilt er zudem Weiterbildungskurse für die Ingenieure und Konstrukteure in der Praxis. Nach den ersten Seminarveranstaltungen an der Technischen Akademie Esslingen (TAE) folgten jene für NAFEMS sowie letztlich für das VDI-Wissensforum, welche sich großen positiven Echos seitens der Teilnehmer erfreuen.