Erhard Konstruieren mit Kunststoffen

4. Auflage 2008
ISBN: 978-3-446-41750-2
Verlag: Carl Hanser Fachbuchverlag
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 551 Seiten

Das Buch gibt einen umfassenden Überblick über das Konstruieren mit Kunststoffen. Beginnend mit einer kurzgefassten Einführung über Werkstoffkunde, abgestimmt auf die Belange des Konstrukteurs, werden ausführlich die Probleme der fertigungs- und beanspruchungsgerechten Gestaltung behandelt und durch viele Beispiele belegt. 

Wege der festigkeits- und steifigkeitsbezogenen Dimensionierung werden aufgezeigt und typische Gestaltungsmerkmale wie Versteifungen oder Verbindungen werden unter werkstoff- und fertigungsgerechten Gesichtspunkten behandelt. Abschnitte über Maschinenelemente, Gleitlager, Zahnräder und Laufrollen geben viele Hinweise und Anregungen auf konstruktive Detaillösungen. Auf CD-ROM (auf Nachfrage): Rechenprogramme zur Auslegung von Schnapp- und Schraubverbindungen.

Autoren/Hrsg.

Erhard, Gunter

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort zur vierten Auflage;6
2;Inhalt;8
3;Zur Geschichte der Polymerwerkstoffe;18
4;1 Marktüberblick;20
4.1;1.1 Anwendungsbeispiele aus verschiedenen Branchen;23
4.1.1;1.1.1 Luft- und Raumfahrt;23
4.1.2;1.1.2 Feinwerktechnik;26
4.1.3;1.1.3 Fahrzeugbau;29
4.1.4;1.1.4 Allgemeiner Maschinenbau;34
4.1.5;1.1.5 Apparatebau;35
4.1.6;1.1.6 Bauwesen;38
4.2;1.2 Prognose;42
4.3;Literatur;50
5;2 Struktur und Eigenschaften;52
5.1;2.1 Chemische Struktur (Konstitution);52
5.1.1;2.1.1 Polymerisationsgrad – relative Molekülmasse;55
5.1.2;2.1.2 Homopolymerisation – Copolymerisation;59
5.2;2.2 Zwischenmolekulare Bindungsenergien(Nebenvalenzbindungen);60
5.2.1;2.2.1 Wasseraufnahme bei Polyamiden;62
5.3;2.3 Räumliche Anordnung von Atomen und Atomgruppenim Molekül (Konfiguration);68
5.3.1;2.3.1 Taktizität;68
5.3.2;2.3.2 Verzweigung;69
5.3.3;2.3.3 Vernetzung;70
5.4;2.4 Aufbau von Polymersystemen;71
5.4.1;2.4.1 Homogene und heterogene Polymermischungen;71
5.4.2;2.4.2 Äußere Weichmachung;72
5.4.3;2.4.3 Füllung – Verstärkung;72
5.5;2.5 Morphologie (übermolekulare Strukturen);75
5.5.1;2.5.1 Amorpher Gefügezustand;75
5.5.2;2.5.2 Kristalliner Gefügezustand;76
5.5.3;2.5.3 Anisotropie;81
5.5.3.1;2.5.3.1 Molekülorientierungen;81
5.5.3.2;2.5.3.2 Füllstofforientierungen;83
5.6;2.6 Thermisch-mechanische Zustandsbereiche;85
5.6.1;2.6.1 Thermoplaste mit amorpher Gefügestruktur;86
5.6.2;2.6.2 Thermoplaste mit teilkristalliner Gefügestruktur;87
5.6.3;2.6.3 Elastomere;87
5.6.4;2.6.4 Duroplaste;88
5.6.5;Literatur;89
6;3 Kurzcharakterisierung wichtigerPolymerwerkstoffe für konstruktiveAnwendungen;90
6.1;3.1 Thermoplaste;90
6.1.1;3.1.1 Polymerblends;103
6.1.2;3.1.2 Funktionspolymere;106
6.2;3.2 Elastomere;113
6.3;3.3 Duromere;116
6.4;3.4 Verstärkungsfasern;120
6.4.1;3.4.1 Glasfasern;121
6.4.1.1;3.4.1.1 Herstellung und Verstärkungsformen von Textilglas;121
6.4.1.2;3.4.1.2 Glasarten und Fasereigenschaften;122
6.4.2;3.4.2 Kohlenstoff-Fasern;122
6.4.3;3.4.3 Aramidfasern;123
6.4.4;3.4.4 Metallfasern, Whisker, keramische Fasern;123
6.4.5;Literatur;124
7;4 Eigenschaften – Werkstoffkennwerte –spezielle Prüfverfahren undVerhaltensweisen;126
7.1;4.1 Verformungsverhalten unter uniaxialer, zügigerZugbeanspruchung (Spannungs-Dehnungs-Versuch);126
7.1.1;4.1.1 Molekulare Verformungs- und Schädigungsmechanismen;126
7.1.2;4.1.2 Charakteristische Spannungs-Dehnungs-Kurven;128
7.1.3;4.1.3 Ermittlung von Spannungs-Dehnungs-Diagrammen undWerkstoffkenndaten;129
7.1.4;4.1.4 Einfluss von Temperatur, Zeit und Feuchteauf Spannungs-Dehnungs-Kurven;133
7.1.5;4.1.5 Mathematische Beschreibung von Spannungs-Dehnungs-Kurven;137
7.2;4.2 Verformungsverhalten unter uniaxialer, langzeitiger,statischer Zugbeanspruchung (Zeitstand-Zug-Versuch);137
7.2.1;4.2.1 Mathematische Beschreibung von Kriechkurven;139
7.3;4.3 Zähigkeit und Schlagzähigkeit;142
7.3.1;4.3.1 Zähigkeit aus dem Zugversuch;142
7.3.2;4.3.2 Zähigkeit aus dem Schlagbiegeversuch;142
7.3.3;4.3.3 Durchstoßversuch;145
7.4;4.4 Verhalten unter schwingender Beanspruchung;146
7.4.1;4.4.1 Ermittlung charakteristischer Ermüdungskennwerte;148
7.5;4.5 Querkontraktionszahl;151
7.6;4.6 Thermische Eigenschaften;154
7.6.1;4.6.1 Wärmedehnung;154
7.6.2;4.6.2 Formbeständigkeit;155
7.6.2.1;4.6.2.1 Elastizitätsmodul, Schubmodul als Funktion der Temperatur;155
7.6.2.2;4.6.2.2 Wärmeformbeständigkeitstemperatur;156
7.6.2.3;4.6.2.3 Erweichungstemperatur;156
7.6.3;4.6.3 Thermische Alterung;156
7.6.3.1;4.6.3.1 Sicherheitstechnische Aspekte;161
7.6.4;4.6.4 Zusammenfassende Bewertung des Temperatureinflusses;162
7.7;4.7 Reibungs- und Verschleißverhalten;163
7.7.1;4.7.1 Grundlagen;164
7.7.1.1;4.7.1.1 Adhäsion und Oberflächenenergie von Festkörpern;166
7.7.1.2;4.7.1.2 Deformationen und Hysteresisverluste;171
7.7.1.3;4.7.1.3 Rahmenbedingungen für adhäsiv und deformativ bedingtes Gleiten;172
7.7.2;4.7.2 Reibung und Verschleiß bei Polymerwerkstoff/Stahl-Paarungen;173
7.7.2.1;4.7.2.1 Einfluss der Oberflächenrauheit des Stahlpartners;175
7.7.2.2;4.7.2.2 Einfluss der relativen Molekülmasse;177
7.7.2.3;4.7.2.3 Einfluss des Feuchtegehalts im Polyamid;178
7.7.2.4;4.7.2.4 Einfluss energiereicher Bestrahlung;180
7.7.2.5;4.7.2.5 Einfluss der Bewegungsform und des Bewegungsablaufes;182
7.7.3;4.7.3 Reibung und Verschleiß bei Polymerwerkstoff/Polymerwerkstoff-Paarungen;183
7.7.3.1;4.7.3.1 Gleitreibung;183
7.7.3.2;4.7.3.2 Gleitverschleiß;186
7.7.4;4.7.4 Zusammenfassung der Einflüsse von Werkstoffeigenschaftenauf Systemeigenschaften;186
7.7.5;4.7.5 Einfluss von Füll- und Verstärkungsstoffen;186
7.7.5.1;4.7.5.1 Einfluss von Fasern auf den Verschleiß;186
7.7.5.2;4.7.5.2 Einfluss von anderen, anorganischen Zusätzen;189
7.7.5.3;4.7.5.3 Einfluss von polymeren Zusätzen;191
7.7.5.4;4.7.5.4 Einfluss von polymeren und härteerhöhenden Zusätzen;192
7.7.5.5;4.7.5.5 Einfluss von Zusätzen auf amorphe Thermoplaste;194
7.7.6;4.7.6 Stick-Slip (Ruckgleiten);194
7.7.6.1;4.7.6.1 Beeinflussung des Stick-Slip-Verhaltens durch Parameterdes Gleitsystems;196
7.7.7;4.7.7 Strahlverschleiß;198
7.7.8;Literatur;201
8;5 Berechnen von mechanisch beanspruchtenStrukturen an Beispielen geometrischeinfacher Bauteile und statisch bestimmterLastfälle;204
8.1;5.1 Werkstoff- und verarbeitungsspezifische Probleme;204
8.1.1;5.1.1 Verformungsverhalten unter uniaxialer, zügigerZugbeanspruchung;204
8.2;5.2 Festigkeitsnachweis;206
8.2.1;5.2.1 Grundsätzliches Vorgehen bei einer Festigkeitsbetrachtung;206
8.2.1.1;5.2.1.1 Dimensionierungskennwerte;207
8.2.1.2;5.2.1.2 Sicherheitsbeiwerte;209
8.2.1.3;5.2.1.3 Abminderungsfaktoren;209
8.2.2;5.2.2 Einachsiger Spannungszustand;210
8.2.2.1;5.2.2.1 Beispiel des dünnwandigen Rohres unter Innendruck;211
8.2.3;5.2.3 Mehrachsiger Spannungszustand;212
8.2.3.1;5.2.3.1 Versagenskriterien;213
8.2.3.2;5.2.3.2 Beispiele zum Belastungsfall der Scherung;215
8.3;5.3 Berechnung von Dehnungen und Verformungen;218
8.3.1;5.3.1 Linear-elastisches Materialverhalten;218
8.3.2;5.3.2 Nichtlinear-elastisches Materialverhalten;219
8.4;5.4 Spannungs- und Verformungsanalysen vonbiegebeanspruchten Strukturen mit Hilfe einereinfachen FE-Betrachtung;224
8.5;5.5 Berechnung stoßartig beanspruchter Bauteile;226
8.6;5.6 Zur Berechnung von Faserverbund-Strukturen;227
8.6.1;5.6.1 Mechanische Eigenschaften von Laminaten;228
8.6.1.1;5.6.1.1 Verformungsverhalten unter uniaxaler Zugbeanspruchung,Schädigungsgrenze;228
8.6.1.2;5.6.1.2 Grundelastizitätsgrößen einer UD-Schicht;228
8.6.1.3;5.6.1.3 Gemittelte Kennwerte von Mattenlaminaten;230
8.6.2;5.6.2 Berechnungsverfahren;232
8.6.2.1;5.6.2.1 Berechnung mit gemittelten Kennwerten;232
8.6.2.2;5.6.2.2 Kontinuumstheorie;233
8.6.2.3;5.6.2.3 Netztheorie;233
8.7;5.7 Rechnergestützte Entwicklung;233
8.7.1;5.7.1 CAD – Computer Aided Design;233
8.7.2;5.7.2 Rapid Prototyping;236
8.7.3;5.7.3 Rapid Tooling;237
8.7.4;Literatur;238
9;6 Werkstoff- und beanspruchungsgerechteKonstruktion;240
9.1;6.1 Weiche Konstruktionen;240
9.1.1;6.1.1 Elastizitätsmodul;240
9.1.2;6.1.2 Flächenträgheitsmoment;241
9.1.3;6.1.3 Beanspruchungsart;242
9.2;6.2 Biegesteife Konstruktionen;244
9.3;6.3 Biegeweiche-torsionssteife Konstruktionen;246
9.4;6.4 Biegesteife-torsionsweiche Konstruktionen;247
9.5;6.5 Torsionsfeste, torsionssteife Konstruktionen;248
9.6;6.6 Biegesteife und torsionssteife Konstruktionen;250
9.7;6.7 Torsionsweiche Konstruktionen;251
9.8;6.8 Zugfeste-, zugsteife-torsionsweiche Konstruktionen;252
9.9;6.9 Schubfeste, schubsteife Konstruktionen;252
9.10;6.10 Drucknachgiebige und drucksteife Konstruktionen;253
9.11;6.11 Multifunktionale Konstruktionen;255
9.12;6.12 Wärmedehnungen und Wärmespannungen;257
9.13;6.13 Gelenkverbindungen;261
9.14;6.14 Kunststoff/Metall-Hybridkonstruktionen;264
9.15;Literatur;267
10;7 Fertigungsgerechte Konstruktion;268
10.1;7.1 Formfüllung;268
10.1.1;7.1.1 Simulation des Füllvorgangs;270
10.1.2;7.1.2 Ursachen zur Entstehung von Orientierungen;272
10.1.2.1;7.1.2.1 Auswirkungen von Orientierungen;276
10.1.2.2;7.1.2.2 Beeinflussung von Orientierungen;277
10.1.3;7.1.3 Ursachen zur Entstehung von Bindenähten und Lufteinschlüssen;281
10.1.3.1;7.1.3.1 Auswirkungen von Bindenähten und Lufteinschlüssen;282
10.1.3.2;7.1.3.2 Beeinflussung von Bindenähten und Lufteinschlüsse;284
10.2;7.2 Abkühlung und Erstarrung;290
10.2.1;7.2.1 Abkühlgeschwindigkeit;290
10.2.1.1;7.2.1.1 Auswirkungen der Abkühlgeschwindigkeit;290
10.2.1.2;7.2.1.2 Beeinflussung der Kühlgeschwindigkeit;291
10.2.2;7.2.2 Maßänderungen und Toleranzen;294
10.2.2.1;7.2.2.1 Schwindung;294
10.2.2.2;7.2.2.2 Nachschwindung;296
10.2.2.3;7.2.2.3 Toleranzen*;296
10.2.3;7.2.3 Verzug;301
10.2.3.1;7.2.3.1 Ursachen für Verzug;301
10.2.3.2;7.2.3.2 Beeinflussung von Verzug;303
10.3;7.3 Entformung;306
10.3.1;7.3.1 Entformungsschräge;309
10.3.2;7.3.2 Entformung von Hinterschneidungen;309
10.3.2.1;7.3.2.1 Zwangsentformung;309
10.3.2.2;7.3.2.2 Werkzeugtechnische Maßnahmen;310
10.3.2.3;7.3.2.3 Schmelzkerne;312
10.3.3;7.3.3 Vermeiden von Hinterschneidungen;314
10.3.3.1;7.3.3.1 Änderungen des Designs;314
10.3.3.2;7.3.3.2 Durchtauchende Kerne (Durchblocken);314
10.3.3.3;7.3.3.3 Mehrteilige Ausführungen;316
10.4;7.4 Mehrkomponenten-Spritzgießen;318
10.4.1;7.4.1 Zweifarbenspritzguss;319
10.4.2;7.4.2 Hart-Weich-Kombinationen;323
10.4.3;7.4.3 Gasinjektionstechnik (GIT)*;328
10.4.4;7.4.4 Wasserinjektionstechnik (WIT);334
10.4.5;7.4.5 Gasaußendrucktechnik (GAT);334
10.5;Literatur;334
11;8 Biegeelemente;338
11.1;8.1 Schnappverbindungen;338
11.1.1;8.1.1 Schnapphaken;344
11.1.1.1;8.1.1.1 Formvarianten;344
11.1.1.2;8.1.1.2 Berechnung*;347
11.1.1.3;8.1.1.3 Zusatzfunktionen;348
11.1.2;8.1.2 Torsionsschnappverbindung;351
11.1.2.1;8.1.2.1 Formvarianten;351
11.1.2.2;8.1.2.2 Berechnung*;352
11.1.3;8.1.3 Ringschnappverbindung;353
11.1.3.1;8.1.3.1 Formvarianten;353
11.1.3.2;8.1.3.2 Berechnung*;354
11.1.3.3;8.1.3.3 Zusatzfunktionen;356
11.1.4;8.1.4 Segmentierte Ringschnappverbindung;358
11.1.4.1;8.1.4.1 Formvarianten;358
11.1.4.2;8.1.4.2 Berechnung*;358
11.1.4.3;8.1.4.3 Zusatzfunktionen;359
11.2;8.2 Federelemente;361
11.2.1;8.2.1 Federn aus thermoplastischen Polymerwerkstoffen;361
11.2.1.1;8.2.1.1 Biegefeder;361
11.2.1.2;8.2.1.2 Zugfedern;363
11.2.1.3;8.2.1.3 Druckfedern;363
11.2.1.4;8.2.1.4 Drehfedern;367
11.2.2;8.2.2 Federn aus Faser-Kunststoff-Verbunden (GFK, CFK);368
11.2.2.1;8.2.2.1 Blattfedern;368
11.3;8.3 Filmscharniere und Filmgelenke;371
11.3.1;8.3.1 Herstellung;371
11.3.1.1;8.3.1.1 Spritzgießen;371
11.3.1.2;8.3.1.2 Blasformen;374
11.3.1.3;8.3.1.3 Prägen;374
11.3.2;8.3.2 Gestaltung;375
11.3.3;8.3.3 Werkstoffe;376
11.3.4;8.3.4 Berechnung;377
11.3.4.1;8.3.4.1 Berechnung der Filmlänge und Filmdicke;378
11.3.5;8.3.5 Anwendungsbeispiele;380
11.3.5.1;8.3.5.1 Deckel/Gehäuseverbindungen;380
11.3.5.2;8.3.5.2 Vereinfachte Herstellung;381
11.3.5.3;8.3.5.3 Montagehilfe oder unverlierbare Anbindung;386
11.3.5.4;8.3.5.4 Dynamisch beanspruchte Filmgelenke;386
11.3.5.5;8.3.5.5 Bistabile Gelenke;387
11.4;Literatur;389
12;9 Schraubverbindungen;392
12.1;9.1 Geformtes oder spanend gefertigtes Gewinde;393
12.1.1;9.1.1 Schrauben aus Polymerwerkstoff;393
12.1.2;9.1.2 Spritzgegossene, blasgeformte, spanend gefertigte Gewinde;395
12.1.3;9.1.3 Bewegungsgewinde;397
12.2;9.2 Gewindeeinsätze;398
12.2.1;9.2.1 Umspritzte Gewindebuchsen;398
12.2.2;9.2.2 Mit Ultraschall eingebettete Gewindebuchsen;398
12.2.3;9.2.3 Eingepresste Gewindebuchsen;399
12.2.4;9.2.4 Spreizeinsätze (Expansionseinsätze);399
12.2.5;9.2.5 Eingeschraubte Einsätze;400
12.2.6;9.2.6 Einsätze aus Polymerwerkstoffen;400
12.2.7;9.2.7 Vergleichende Bewertung der verschiedenen Einsätze;400
12.2.8;9.2.8 Verhalten unter dynamischer Belastung;404
12.3;9.3 Gewindeformende Schrauben;404
12.3.1;9.3.1 Schraubenformen und -geometrien;404
12.3.1.1;9.3.1.1 Flankenwinkel;406
12.3.1.2;9.3.1.2 Selbsthemmung;406
12.3.2;9.3.2 Gestaltung des Einschraubauges (Tubus)*;406
12.3.2.1;9.3.2.1 Einschraubtiefe;407
12.3.2.2;9.3.2.2 Kernlochdurchmesser;407
12.3.2.3;9.3.2.3 Entlastungsbohrung;408
12.3.2.4;9.3.2.4 Außendurchmesser;408
12.3.3;9.3.3 Berechnung von Kenngrößen einer Schraubverbindung;410
12.3.3.1;9.3.3.1 Eindrehmoment;410
12.3.3.2;9.3.3.2 Überdrehmoment;412
12.3.3.3;9.3.3.3 Auszugkraft;412
12.3.3.4;9.3.3.4 Anziehmoment und Vorspannkraft;413
12.3.3.5;9.3.3.5 Montagebedingungen;415
12.4;Literatur;415
13;10 Rippenkonstruktionen;416
13.1;10.1 Vergleich mit anderen Versteifungsmaßnahmen;416
13.1.1;10.1.1 Erhöhung des Elastizitätsmoduls;416
13.1.2;10.1.2 Vergrößerung der Wanddicke;417
13.1.3;10.1.3 Sicken;418
13.2;10.2 Allgemeine Aspekte zur Rippenversteifung;419
13.2.1;10.2.1 Rippenhöhe;419
13.2.2;10.2.2 Rippenlage;420
13.2.3;10.2.3 Rippenanzahl (Werkstoffaufwand);422
13.2.4;10.2.4 Einspannung;424
13.3;10.3 Gestaltungsregeln für spritzgegossene Verrippungen;425
13.3.1;10.3.1 Rippendicke;425
13.3.2;10.3.2 Kühlzeit;426
13.3.3;10.3.3 Anspritzrichtung;427
13.3.4;10.3.4 Rippenkreuzungspunkte (Knoten);429
13.4;10.4 Gestaltungsregeln für Rippen nach den GID-Verfahren;430
13.5;10.5 Gestaltungsregeln für blasgeformte Rippen und Sicken;431
13.5.1;10.5.1 Blasgeformte Sicken;432
13.5.2;10.5.2 Blasgeformte Rippen;433
13.6;10.6 Gestaltungsregeln für gepresste Rippen;434
13.6.1;10.6.1 Handwerkliche Verarbeitung (Handlaminierverfahren);435
13.6.2;10.6.2 Pressverfahren;435
13.7;Literatur;437
14;11 Zahnräder;438
14.1;11.1 Berechnung der Zahn- und Flankentemperaturvon Stirnrädern;440
14.1.1;11.1.1 Blok’sche Blitztemperaturhypothese;441
14.1.2;11.1.2 Temperaturrechnung nach TAKANASHI;441
14.1.3;11.1.3 Temperaturrechnung nach HACHMANN und STRICKLE;444
14.1.4;11.1.4 Vergleich der Temperaturberechnungsverfahren;445
14.1.5;11.1.5 Optimierte Temperaturrechnung;446
14.1.5.1;11.1.5.1 Temperaturmessungen an Kunststoff/Stahl-Paarungen nach [11.12];446
14.1.5.2;11.1.5.2 Temperaturmessungen an Kunststoff/Kunststoff-Paarungen nach [11.36];449
14.1.5.3;11.1.5.4 Optimierte Zahlenwertgleichung;450
14.2;11.2 Berechnung der Tragfähigkeit;452
14.2.1;11.2.1 Zahnschäden;452
14.2.2;11.2.2 Allgemeine Kenngrößen;453
14.2.3;11.2.3 Berechnung der Zahnfußtragfähigkeit;454
14.2.4;11.2.4 Berechnung der Zahnflankentragfähigkeit;461
14.2.5;11.2.5 Berechnung der Zahnverformung;467
14.3;11.3 Gestaltung;470
14.3.1;11.3.1 Spritzgießen;470
14.3.2;11.3.2 Spanende Herstellung;473
14.3.3;11.3.3 Wellen-/Naben-Verbindung;474
14.3.3.1;11.3.3.1 Reibschlussverbindung;475
14.3.3.2;11.3.3.2 Formschlussverbindung;477
14.3.3.3;11.3.3.3 Vorgespannter Formschluss;479
14.4;Literatur;482
15;12 Gleitlager;484
15.1;12.1 Gleitlagerschäden;487
15.2;12.2 Berechnung der Belastbarkeit;488
15.2.1;12.2.1 Berechnung der mittleren Lagertemperatur;488
15.2.2;12.2.2 Berechnung der Gleitflächentemperatur;491
15.2.3;12.2.3 Statische Belastbarkeit;492
15.2.3.1;12.2.3.1 Beanspruchung des Lagerwerkstoffs;492
15.2.3.2;12.2.3.2 Deformation der Lagerschale;496
15.2.4;12.2.4 Dynamische Belastbarkeit;500
15.2.4.1;12.2.4.1 Dauerbetrieb;500
15.2.4.2;12.2.4.2 Aussetzbetrieb;501
15.2.4.3;12.2.4.3 Verschleiß;502
15.3;12.3 Gestaltung;504
15.3.1;12.3.1 Lagerspiel;504
15.3.2;12.3.2 Wanddicke;507
15.3.3;12.3.3 Herstellung;507
15.3.4;12.3.4 Gestaltungsbeispiele;507
15.3.5;Literatur;509
16;13 Laufrollen und Laufräder;510
16.1;13.1 Rollenschäden;511
16.2;13.2 Berechnung der Tragfähigkeit;513
16.2.1;13.2.1 Pressungskennwert als näherungsweise Bemessungsgrenze;513
16.2.2;13.2.2 Deformation unter statischer Last;517
16.2.3;13.2.3 Dynamisch beanspruchte Laufrollen;522
16.2.3.1;13.2.3.1 Frei laufende Rollen (ohne Antrieb);523
16.2.3.2;13.2.3.2 Angetriebene Rollen;528
16.3;Literatur;531
17;14 Anleitungen zur Bedienungder Rechenprogramme;534
17.1;14.1 Anleitung zur Berechnung von Biegeelementenmit dem Programm BEAMS;534
17.1.1;14.1.1 Berechnung der Verformung unter kurzzeitiger Lasteinwirkung;534
17.1.2;14.1.2 Berechnung der Verformung unter langzeitiger Lasteinwirkung;536
17.1.3;14.1.3 Berechnung der Relaxation unter langzeitiger Lasteinwirkung;537
17.2;14.2 Anleitung zur Berechnung von Schnappverbindungenmit dem Programm SNAPS;537
17.3;14.3 Anleitung zur Berechnung von Schraubverbindungenmit dem Programm SCREWS;539
18;Anhang;542
19;Index;544
20;Mehr eBooks bei www.ciando.com;0

Leseproben

Zahnräder übertragen schlupffrei Bewegungen und Kräfte bzw. Momente. Im Bereich der Feinwerktechnik ist die Übertragung von Bewegungen häufig die wichtigere Aufgabe von Zahntrieben. Dementsprechend kommen auch Sonderverzahnungen, die besonders spielfrei, reibungsarm oder laufruhig arbeiten müssen, zur Anwendung [11.1 bis 11.4]. Der Modul solcher Zahnräder liegt meist unter 1 mm, und die Probleme liegen dann in erster Linie beim Formenbau und bei der maßgenauen Herstellung. Dieser Problemkreis wird hier weitgehend ausgeklammert. Das derzeit wohl kleinste, konventionell hergestellte Zahnrad aus Polymerwerkstoff (POM) dient zum Antrieb eines Mittelsekundenzeigers einer Armbanduhr [4.18]. Es wiegt 0,00056 g, hat 8 Zähne und einen Kopfkreisdurchmesser von 1,32 bis 0,01 mm. Das Formnest wurde durch Senkerodieren, und die Elektroden mit Scheibenfräsern hergestellt [11.35].

Dagegen steht bei Zahnrädern im Maschinenbau (m >, 1 mm) im Allgemeinen die Frage der Kraftübertragung im Vordergrund. Das größte nach der anionischen Polymerisation aus PA 6-Guss einteilig hergestellte Zahnrad mit einer Zähnezahl z = 76, einem Modul von m = 33 mm misst 2 508 mm im Teilkreis.

Zahnradwerkstoffe
Von den Thermoplasten haben nur solche mit teilkristallinem Gefüge praktische Bedeutung als Zahnradwerkstoffe:

- Polyamide (PA),

- Polyamide, teilaromatisch (PPA),

- Polyoximethylen (POM),

- Polybutylenterephthalat (PBT),

- Hochmolekulares Polyethylen hoher Dichte (PE-HD),

- Polyaryletherketon (PEEK),

- Polyphenylensulfid (PPS),

- Polyurethane (PUR) (thermoplastisch und elastomer).

Die Verstärkung von PA, POM, PBT, PEEK und andere teilkristalline Thermoplaste durch Kurzglas- Aramid- oder Kohlenstoff-Fasern steigert Festigkeit und Elastizitätsmodul dieser Matrixwerkstoffe, Zahnräder aus verstärkten Thermoplasten sind deswegen statisch höher belastbar. Aber auch im dynamischen Betrieb werden höhere Lebensdauern erreicht, insbesondere wenn geschmiert werden kann, oder Matrixwerkstoffe mit reibungsmindernden Zusätzen – das sind im Allgemeinen grob verteilte Partikel aus PE-HD oder PTFE oder feinverteilte niedrigmolekulare Schmierstoffe – verwendet werden. Auch für schnelllaufende Zahnräder oder überwiegend gleitbeanspruchte Zahnradarten (Schrauben-, Schneckenräder) sind sie besser geeignet.

Zahnräder aus Duromeren werden ausschließlich spanend aus Halbzeugen aus Schichtstoffen hergestellt. Infrage kommen vorwiegend: Hartgewebe, phenolharzgebundene Baumwollgewebelagen, Pressschichtstoffe, phenolharzgebundene Vulkanfiber- oder Buchenholzlagen.

Paarungswerkstoffe
Die höchste Tragfähigkeit und Lebensdauer wird bei Paarung mit Stahlzahnrädern, deren Flanken gehärtet sind, erreicht. Da das treibende Ritzel stets einer höheren Verschleißbeanspruchung ausgesetzt ist, wird Stahl als Ritzelwerkstoff gewählt. Bei Paarung Polymerwerkstoff/ Polymerwerkstoff wird für das Ritzel der verschleißfestere Werkstoff verwendet, vgl. Abschnitt 4.7.2.

Schmierung
Grundsätzlich ist ein schmierungsfreier Betrieb von Polymerwerkstoffzahnrädern möglich, durch Schmieren mit Öl kann jedoch die Tragfähigkeit und Lebensdauer erheblich erhöht werden, da eine Ölschmierung außer verringerter Reibung und reduziertem Verschleiß auch eine bessere Wärmeabfuhr bewirkt. Die Zahnradwerkstoffe sind mit Schmierölen auf Mineralölbasis gut verträglich. Auch gegen Fette dieser Art bestehen keine Bedenken. Die Tabelle 11.1 enthält Richtwerte für obere Grenzwerte der Öltemperatur.

In feinwerktechnischen Getrieben, wo mit geringsten Ölmengen eine möglichst langzeitige Schmierwirkung erzielt werden soll, werden auch Beeinflussungen des Polymerwerkstoffs auf das Schmiermittel beobachtet. Die Befunde von entsprechenden Beständigkeitsuntersuchungen sind vorzeitiges Verharzen, Gelieren, Änderung des Stabilisatoren-Inhibitoren-Gleichgewichts mancher Öle.