Konstruieren mit Konstruktionskatalogen

Springer-V erlag Berlin Heidelberg GmbH

Karlheinz Roth

Konstruieren mit Konstruktionskatalogen Band 3: Verbindungen und Verschlüsse,

Lösungsfindung

2. Auflage, wesentlich erweitert und neu gestaltet

Mit 166 Abbildungen in ca. 2500 Einzeldarstellungen, 48 Konstruktionskatalogen und 52 Lösungsammlungen

Springer

o. Professor em. Dr.-Ing. Karlheinz Roth

Beckurtsstraße 20, D-38116 Braunschweig

Bis 1989 Direktor des Instituts fiir Konstruktionslehre, Maschinen- und Feinwerkselemente der Technischen Universität Braunschweig

ISBN 978-3-642-87220-4 ISBN 978-3-642-87219-8 (eBook)DOI 10.1007/978-3-642-87219-8

Die Deutsche Bibliothek- CIP-Einheitsaufnahme Roth, Karlheinz: Konstruieren mit Konstruktionskatalogen!Karlheinz Roth. -Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Budapest; Hongkong; London; Mailand; Paris; Santa Clara; Singapur; Tokio: Springer. Literaturangaben Bd. 3. Verbindungen und Verschlüsse, Lösungsfindung: mit 48 Konstruktionskatalogen und 52 Lösungssammlungen. - 2. Aufl. - 1996 ISBN 978-3-642-87220-4

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Überset­zung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungs­anlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsatzlieh vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbe­stimmungen des Urheberrechtsgesetzes.

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1996

Originally published by Springer-Verlag Berlin Heide1berg New Y ork in 1996

Softcover reprint of the bardeover 2nd edition 1996

DieWiedergabe 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 waren und dahervonjedermann benutzt werden dürften.

Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr filr Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen.

Satz: Reproduktionsfertige Vorlage vom Autor SPIN: 10526414 68/3020- 54 3 2 I 0 - Gedruckt aufsäurefreiem Papier

Vorwort

Der vorliegende 3. Band des Werks Konstruieren mit Konstruktionskatalogen ist eine Sammlung aller mechanischen Verbindungs- und Verschlußarten. Er dient dem Zweck, eine Gesamtübersicht zu erstellen, mit Hilfe der zahlreichen Konstruktionskataloge und Beispielsammlungen aus den prinzipiellen Lösungen die gesuchten speziellen zu entwickeln und für diese beiden Maschinenelemente ein einheitliches und bleibendes Ordnungssystem zu schaffen. Ähnlich wie beim "Periodischen System Chemischer Elemente", das zur Entdeckung noch unbe­kannter Elemente führte, soll der Kataloganwender Lösungen entdecken, die ihm noch nicht bekannt oder gegebenenfalls neu sind. Darüber hinaus soll das praktische Arbeiten mit Konstruktionskatalogen an zahlreichen Beispielen gezeigt werden. Das ist bei der Beschränkung auf übersehbare, meist einfache und leicht verständliche Konstruktionseinheiten wie den Verbindungen und Verschlüssen besonders gut nachvollziehbar. Um Band 3 auch als einzelnes Werk verstehen und verwenden zu können, wurde die Kapitelnumerierung neu begonnen, und es sind einige Bilder und Inhalte aus den Bänden 1 und 2 auszugsweise übernommen worden. Die Erläuterungen dieser Inhalte ist knapper und übersichtlicher gefaßt, was auch für den Leser der ersten beiden Bände von Vorteil sein kann. Unter Verschlüssen versteht man - nach Präzisierung des umgangssprachlichen Begriffs - solche Gebilde, die zur Umhüllung oder Umfassung von Stoffen dienen, die bei den "Beweglichen" Verschlüssen zum Ein- und Ausbringen dieser Stoffe öffenbar und schließbar sind, bei den ,,Festen" nicht. Bei genauer Analyse zeigt sich, daß die Verschlüsse aus Verbindungen und Umschließungen (Umhüllungen bzw. Umfassungen) bestehen. Die Verbindungen selber bestehen bloß aus zwei oder mehreren festen Teilen, welche keine Umschließung darstellen, sondern offene Ketten. Die angedeutete Gegenüberstellung dieser beiden ,,Ausgangs-Maschinenelemente" zeigt ihre innige Verwandtschaft und begründet ihre gemeinsame Behandlung. Im einzelnen wurde nach folgenden Gesichtspunkten verfahren:

1. Übersichtlichkeit Die Fülle der in der Technik und im täglichen Gebrauch verwendeten Verbin­dungen und Verschlüsse, ihre beinahe unerschöpfliche Gestaltungsvielfalt ist so groß, daß es notwendig wird, sie in Konstruktionskatalogen zu systemati­sieren und darzustellen.

2. Prinziplösungen Die zahlreichen Lösungsmöglichkeiten wurden nach ihrem grundsätzlichen Funktionsprinzip geordnet, als schematische Skizzen zusarnmengefaßt und in den meisten Fällen mindestens eine der vielen, praktischen Ausführungen hinzugefügt. Bei diesem Vorgehen lassen sich die Kataloganforderungen -annähernde Vollständigkeit und Widerspruchsfreiheit der einzelnen Gliede­rungsmerkmale - trotz der großen Anzahl von Ausführungen erfüllen.

VI Vorwort

Der Katalogaufbau mit einer überschaubaren Anzahl von Prinzipausführungen, durch praktische Beispiele ergänzt, ermöglicht es dem Anwendernach weiteren Ausführungsformen zu suchen. Das führt meist zu alternativen oder neuen Lösungen. Für den entwickelnden Ingenieur ist es immer beruhigend zu wissen, diese und keine anderen Prinziplösungen muß es geben. Die systematische Konstruktionssynthese von Verbindungen und Verschlüssen wird durch Morphologische Kästen unterstützt. Die Konstruktionskataloge und Lösungs­sammlungen sind eine Fundgrube für neu zusammensetzbare Lösungen (Patente).

3. Günstige Einordnungs- und Speichermöglichkeit Alle Verbindungen und Verschlüsse werden hier nach einem einheitlichen System geordnet. Das gilt sowohl für die hoch belastbaren Maschinenbauver­bindungen, für die Feldkraftverbindungen, als auch für die Tür-, Fenster-, Armatur-, Verpackungs- und Bekleidungsverschlüsse. Diese Universalität des Ordnungssystems bietet die beste Voraussetzung dafür, daß beliebige Verbin­dungen und Verschlüsse auch in Datenspeichern platzsparend unterzubringen sind, ohne daß sich beim Auftauchen von neuen Sonderfällen am System etwas ändern müßte. Ein logisch geordnetes System ermöglicht einen schnellen und gezielten Zugriff. Es bietet auch die Möglichkeit, sinnvolle Lösungsansätze aus Nachbargebieten zu übernehmen.

4. Dreiteilung der Darstellung Die Sammlung von Verbindungen und Verschlüssen soll sowohl für den prag­matisch arbeitenden, als auch für den die funktionellen Ursachen erforschenden Ingenieur geeignet sein. Daher wurden nicht allein bestimmte Ausführungen (das "Was") dargestellt, sondern auch ihre besonderen Funktionen (das "Wie") behandelt. So enthalten beispielsweise im Verbindungsteil die Kapitel 2 bis 4 die Sammlungen, die Kataloge und die Funktionsintegration von Verbindun­gen. Die Kapitel 5 bis 6 sind den theoretischen und methodischen Grundlagen, der Systematik und dem Erzeugen von Verbindungen gewidmet. Kapitel 1 soll der Übersicht dienen.

Auch den Verschlüssen liegt ein ähnlicher Aufbau zugrunde. Kapitel 7 enthält die Übersicht, Kapitel 8 die Sammlungen und Kataloge, Kapitel 9 die Systematik und die Erzeugungsmöglichkeit von Verschlüssen. Danach kann jeder Anwender sich die Kapitel aussuchen, welche für seinen Zweck dienlich sind, ohne daß ihm (bis auf das Verständnis der logischen Schluß-Matrix) Voraussetzungen aus dem nicht betrachteten Inhalt fehlen. Die Schluß-Matrix, welche das zentrale Ordnungssys­tem überschaubar und auch vom Rechner erfaßbar macht, ist nicht Voraussetzung für das Verständnis, bildet jedoch ein Mittel der Vollständigkeitsüberprüfung. Ihre Erläuterung und Interpretation kann aus zahlreichen Übersichtsbildern entnommen werden. Die Bevorzugung katalogmäßiger Darstellung hat nicht allein den Grund in der platzsparenden, "matrixhaften" Unterbringung sehr zahlreicher Informationen, sondern zeigt häufig (ähnlich wie ein Diagramm) auch die Funktionsänderung von Konstruktionen in Abhängigkeit der Änderung verschiedener Größen. Das hinwie­derum kann dem entwickelnden Ingenieur Anregungen und wertvolle Hinweise für neue Lösungen geben. Auch das Überschreiten des klassischen Maschinenbaugebiets mit den Beispielen aus der Feinwerktechnik, dem Bauingenieurbereich, der Verfahrenstechnik, dem Verpackungs- und Bekleidungsbereich soll zu neuen Anregungen führen. Sind darüber hinaus weitere Einzelheiten aus dem Verbindungs- und Verschlußbereich von Interesse, dann muß auf einschlägige Handbücher und auf das Schriftumsver-

Vorwort VII

zeichnis zurückgegriffen werden. Die vorliegenden Ausführungen sollen in erster Linie dem Finden einer konstruktiven Möglichkeit dienen, nicht so sehr ihrer Dimensionierung. Selbstverständlich steht im Hintergrund aller Ausführungen eine konsequent entwickelte Konstruktionsmethodik. Die einzelnen Kapitel behandeln folgende Themen:

Kapitell befaßt sich mit der Bedeutung und dem Einsatz der Verbindungen, ihrer statistischen Verteilung auf wichtige Maschinen, Geräte und Apparate im Maschi­nenbau, im Großmaschinenbau und in der Feinwerktechnik.

Kapitel 2 ist den Festen Verbindungen gewidmet. Es bildet den Schwerpunkt des ersten Teils, enthält ein großes Spektrum von Konstruktionskatalogen und Lösungssammlungen, von den Schweiß-. Löt- und Klebverbindungen bis zu berüh­rungsschlüssigen selbstsperrenden Verbindungen, den Holzverbindungen, den Umformverbindungen, kraftschlüssigen Verbindungen mit elastischem Schluß, sowie dem Feldkraft-, Reib- und Klemmschluß. Kataloge über Schnapp- und Steckverbindungen, Schrauben-, Niet- und Magnetverbindungen dienen zur Ergän­zung.

Kapitel 3 erweitert den Verbindungsbereich auf die Beweglichen Verbindungen. Sie bestehen zunächst aus den wichtigsten Gelenken, werden jedoch auch auf Lager und Führungen ausgedehnt. Es liegt das Ziel zugrunde, auch diese Maschi­nenelemente in eine "durchgehende" Systematik, von den statischen Kettenstruktu­ren der Festen Verbindungen bis zu den Kinematischen Ketten der Getriebe ein­zugliedern. Eine Statistik über die Häufigkeit ihres Vorkommens in verschiedenen technischen Einheiten ergänzt die Ausführungen.

In Kapitel 4 werden zahlreiche Beispiele für die Möglichkeiten der Funktions­integration an Verbindungen gezeigt, insbesondere für solche aus Kunststoffen.

Kapitel 5 ist den Konstruktionsmethodischen Gesichtspunkten für den funktionel­len Aufbau der Verbindungen gewidmet. Zur genauen Analyse ist die Erfassung ihrer relativen Bewegungsmöglichkeiten und der Mechanismus der Krafterzeu­gung an der Verbindungsstelle notwendig. Die erste Aufgabe wird mit der Einfüh­rung der "Schluß-Matrix", die zweite mit der Anwendung der "Spannungsringe" gelöst. Darstellung und Interpretation der Schluß-Matrix wird eingehend be­handelt.

Kapitel 6 bringt die Teilaufgaben für das Erstellen einer Verbindung, von der Zusammenführung der Teile bis zur Erzeugung der Reaktionskräfte gegen ihr Trennen. Die Gliederung in Teilaufgaben ist Voraussetzung für eine mögliche Verbindungssynthese mit Hilfe des Morphologischen Kastens.

Mit Kapitel 7 beginnt der zweite Teil, der sich mit Verschlüssen befaßt. Das gesamte Gebiet ist in dieser Geschlossenheit, der Systematik ihrer Strukturen und der Einbindung der Systematik der Verbindungen im Schrifttum bisher noch nicht behandelt worden. Die Verschlüsse werden in solche mit Umhüllungen und solche mit Umfassungen unterteilt. Es wird ihre Anwendung, ihr beinahe vollständiges Spektrum im Baubereich, in dem verfahrentechnischen Bereich, dem Aufbewah­rungs-, Transport-, Verpackungs- und Bekleidungsbereich mit Hilfe von Konstruk­tionskatalogen dargestellt.

Kapitel 8 bildet den Schwerpunkt des zweiten Teils. Es enthält die Katalog- und Lösungssammlungen über Verschlüsse und deren Elemente, über Umhüllungen, Umfassungen und Schließelemente. Zu letzteren gehören auch noch Lösungs­sammlungen über Schlösser, Fenster- und Türschließelemente. Auch die Schließ­elemente von Fluidverschlüssen bei Armaturen, Mischbatterien und Flaschen

VIII Vorwort

werden erfaßt. Selbst Bekleidungen und Verpackungen können in diesem Sinne als "Verschlüsse" interpretiert werden. Daher ergänzen Kataloge über Bekleidungs­und Verpackungsverschlüsse die Beispielsammlung.

Kapitel 9 enthält die systematischen Grundlagen des Verschlußautbaues. Die Ausgangsstruktur aus umschließenden, gelenkigen und absperrenden Elementen wird systematisch variiert, wobei diese Elemente teilweise oder ganz funktions­integriert sein können. Damit erfaßt man alle Bereiche der Verschlüsse. Eine strukturelle Gliederung, die Beziehung zu den Verbindungen herzustellen und eine gezielte Synthese von Verschlüssen ist dadurch möglich. Dafür stehen auch hier Konstruktionskataloge und Lösungssammlungen zur Verfügung. Ein ausführliches Beispiel für die Synthese ist die systematische Entwicklung von Stellkantenkom­binationen für Mischbatterien, mit wahrscheinlich noch nicht eingesetzten Lösun­gen. Beispiele für das Erkennen der Grundprinzipe von Schlüsselcodierungen, der Möglichkeiten und Grenzen für das Entwerfen von Schließanlagen, beenden die anschließenden Ausführungen. Für die vorbildlich ausgeführten und systematisch durchgearbeiteten Zeichnungen und Schriftsätze danke ich Herrn Dipl.-Ing. Shyi-Jeng Tsai an dieser Stelle ganz besonders sowie meiner Frau für die rege Mitarbeit bei der Suche nach Verschlüssen. Mein Dank gilt auch dem Springer-Verlag, der das Buch in vorzüg­licher Ausstattung herausgebracht hat.

Braunschweig, Januar 1996 K. Roth

Inhaltsverzeichnis

1 Bedeutung und Einteilung der Verbindungen . . . . . . . . . . . . . .

1.1 Die Verbindung als Konstruktionselement . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2

1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3

1.4

2

2.1 2.1.1 2.1.1.1 2.1.1.2 2.1.2 2.1.2.1 2.1.3

2.2 2.2.1 2.2.1.1

Verbindungen in einer technischen Baueinheit . . . . . . . . . . . . . . .

Einteilung der Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verbindungen, allgemein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feste Verbindungen (Definition) ...................... . Bewegliche Verbindungen (Definition) ................... .

Der Einsatz bestimmter Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Konstruktionskataloge und Lösungssammlungen Fester Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Der Schluß als Voraussetzung Fester Verbindungen . . . . . . . . . . . . Aufbau, Schlußarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufbau .................................... . Schlußarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Übersicht der Festen Verbindungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einsatz ..................................... . Konstruktionskataloge und Beispielsammlungen . . . . . . . . . . . . . .

Stoffschlüssige Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schweißverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schweißverfahren (Definition) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Gasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Lichtbogenschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Metall-Lichtbogenschweißen ...................... . 4. Schutzgasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Metall-Schutzgasschweißen ...................... . 6. Metall-Aktivgasschweißen (MAG) ................... . 7. Metall-Inertgasschweißen (MIG) .................... . 8. Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) .................. . 9. Unterpulverschweißen (UP) ....................... .

10. Punktschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. Reibschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1.2 Konstruktive Gestaltung von Schweißstoß, Fugenform und Schweißnaht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2 2.2.2.1

Lötverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lötverfahren (Definition) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Kolbenlöten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Badlöten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Ofenlöten ................................. . 4. Flammlöten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Elektrolöten ................................ . 6. Lichtbogenlöten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

4 4 4 4

5

12

12 12 12 16 17 20 20

20 22 22 22 22 22 22 22 22 24 24 24 24 24

24 28 29 29 29 29 29 29 29

X Inhaltsverzeichnis

2020202

2020203

202.3

202.301

2020302

Wichtige Voraussetzungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 Spaltbreite 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

20 Temperatur 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

30 Festigkeit von Lötverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Gestalten von Lötverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Klebverbindungen (Definition) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Einteilung der Klebverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 Belagklebungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

20 Schichtklebungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

30 Klebung beliebig geformter Teile 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Klebstoffe 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 Physikalisch abbindende Klebstoffe 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

20 Chemisch abbindende Klebstoffe 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

202.303 Haftflächenvorbereitung 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1. Festigkeit von Klebverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

20203.4 Beispiele für die Fugengestaltung von Klebverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0

203

20301

2.302

203.3

2.3.4

2.305

2.4

2.401

2.401.1

2.40102

2.40103

2.401.4

2.401.5

2.401.6

20402

2.40201

2.40202

2.402.3

2.402.4

2.403

2.4.301

2.40302

2.4.4

205

2.501

20501.1

20502

2050201

2050202

2050203

2o6

Berührungsschlüssige ( formschlüssige) Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Wirkflächenpaarungen für berührungsschlüssige Verbindungen (Grundpaarungen) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Vierteilige, berührungsschlüssige und selbstsperrende Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Fünfteilige, berührungsschlüssige und selbstsperrende Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Praktische Anwendung der Grundpaarungen bei Holzverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Umformverbindungen (allgemein) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Kraftschlüssige Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Die verschiedenen Kraftschlußarten 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

"Nachgiebiger" Kraftschluß 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

"Steifer" Kraftschluß 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Feldkraftschluß 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Reibschluß 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Haftreibschluß 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Klemmreibschluß 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Anwendung der Kraftschlußarten für Feste Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0

Verbindungen mit "nachgiebigem", elastischem Kraftschluß 0 0 0 0 0 0 0

Schnappverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Klammerverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1. Flache Umklammerungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Verbindungen mit "steifem", elastischem Kraftschluß 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 Nietverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

20 Umformverbindungen mit Vorspannung 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Feldschluß-Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Schwerefeld-Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Übersichtskataloge für feldschlüssige Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Magnet-Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Reibschlüssige Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Schraubverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Konstruktionskataloge für Schraubverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Übersichtskataloge für reibschlüssige Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Haftreibschlüssige Verbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Klemmreibschlüssige Verbindung 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Steckverbindungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Übersicht der "Verbindungs-Kataloge" und -Lösungssammlungeno 0 0 0

29 29 29 29 30 33

33 33

33 33

33 33

33 35

35

35

40

40

41

45

45

49

53

53

53

53

53

53

53

53

54

54 54 59 60 63

63

63

63

65

65

71

71 71 73 75 75 75 81

81

3

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

4

4.1

4.2

4.3

4.4

5

5.1 5.1.1 5.1.1.1 5.1.1.2 5.1.1.3 5.1.1.4 5.1.2 5.1.3 5.1.4

5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.2.1

5.2.2.2 5.2.3

5.3 5.3.1

5.3.1.1

5.3.1.2

Inhaltsverzeichnis XI

Bewegliche Verbindungen, allgemein . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

E1ementenpaar, Verbindung, Führung, Lagerung ............. .

Grundpaarungen Beweglicher Verbindungen ............... .

Variationsmöglichkeiten der Grundpaarungen . . . . . . . . . . . . . . . .

Bewegliche Verbindungen mit mehr als zwei Gliedern .......... .

Entwicklung der Mechanismen zu Getrieben oder Beweglichen Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Häufigkeit von Beweglichen Verbindungen ................ .

Funktionsintegration bei Verbindungen und Schließelementen von Verschlüssen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Funktionsintegration bei Verbindungen .................. .

Funktionsintegration bei Gelenken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Funktionsintegration bei Schließelementen von Verschlüssen ...... .

Funktionsintegration bei Schnappverbindungen . . . . . . . . . . . . . .

Grundlagen und Systematik der Verbindungsverknüpfung . . . . .

Die Bedeutung der Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Struktur der verknüpften Teile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wirkraum ................................... . Wirkflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wirkflächenpaare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schlüsse .................................... . Eigenschaften der Elementeketten bei verschiedenen Schlußarten . . . . Erweiterte Gliederung der Verbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Paarung von Teilen, Voraussetzung von Verbindungen . . . . . . . .

Mögliche Verbindungen mit verschiedenen Schlüssen .......... . Die Bedeutung der Schlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Definition der Schlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berührungs- und Kraftschluß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Der Berührungsschluß (Formschluß) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Der Kraftschluß normal zu den Berührungsflächen . . . . . . . . . .

(2.1) Kraftschluß (allgemein) ...................... . (2.2) "Steifer'' Kraftschluß ....................... . (2.3) "Nachgiebiger" Kraftschluß ................... .

3. Der Kraftschluß, tangential zu den Berührungsflächen ........ . (3 .1) Reibschluß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.2) Klemmschluß ........................... .

4. Feldschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stoffschluß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eignung der verschiedenen Schlüsse für Verbindungen . . . . . . . . . .

Der Haltemechanismus von Verbindungen; der Spannungsring ..... Der Spannungsring, die Grundlage der Erzeugung von elastischen Kräften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Eigenschaften des Spannungsringes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Prinzip der Krafterzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spannungsringe und Elementenkette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Spannungsring (Definition) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Anzahl der Spannungsringe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

84

84

84

89

89

91

93

100

100

100

100

105

106

106 106 106 106 106 106 107 109 111

111 111 111 111 111 111 112 112 112 112 112 112 112 112 112

114

114 114 114 114 114 114

XII Inhaltsverzeichnis

5.3.1.3 Praktische Beispiele für Spannungsringe in Verbindungen . . . . . . . . 116 5.3.2 Kraftmultiplikation bei Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 5.3.3 Der Spannungsring an Beweglichen Verbindungen . . . . . . . . . . . . 119

5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.2.1 5.4.3 5.4.4 5.4.4.1 5.4.5 5.4.6 5.4.6.1 5.4.7 5.4.7.1 5.4.7.2 5.4.7.3 5.4.7.4 5.4.7.5 5.4.8 5.4.9 5.4.9.1 5.4.9.2 5.4.9.3

5.4.9.4 5.4.9.5

5.5

6

Logische Matrizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zweck und Festlegung der logischen Matrizen . . . . . . . . . . . . . . . Die logische Schluß-Matrix ......................... . Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Operationen mit der logischen Schluß-Matrix ............... . Die logische Schlußarten-Matrix ...................... . Realisierung von Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beispiele für die Schlußarten-Matrix .................... . Regeln zur Deutung der Schlußarten-Matrix, Digitalisierung ...... . Belegung der Schlußarten-Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeine Interpretation der logischen Matrizen ............. . Erkennen einer Verbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feste, Bewegliche Verbindungen ...................... . Gekoppelte Elementenpaare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Übergang von der Schlußarten- zur digitalisierten Matrix . . . . . . . . . Erkennen der Lösbarkeit zweiteiliger Verbindungen ........... . Drei- und mehrteilige Verbindungen .................... . Praktische Handhabung der logischen Matrizen . . . . . . . . . . . . . . . Schluß-, Schlußarten-und digitale Matrizen ................ . Matrixdarstellung gekoppelter Bewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . Kopplung der Translations- und Rotationsbewegung, Translationsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Potentielle Sperrungen bei einseitiger Betiihrung . . . . . . . . . . . . . . Labile, indifferente und stabile Anschlagsperrungen . . . . . . . . . . . .

Synthese dreiteiliger Verbindungen ..................... .

Erzeugen Fester Verbindungen

119 119 120 120 122 124 126 127 127 127 130 130 130 130 130 130 132 133 134 134

137 137 140

141

144

6.1 Teilaufgaben des Verbindens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

6.2 Überptiifung der Teilaufgaben des Verbindens . . . . . . . . . . . . . . . 146

6.3 Synthese zur Erzeugung neuer Fester Verbindungen . . . . . . . . . . . . 146

7 Bedeutung und Einteilung der Verschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . 151

7.1 Der Verschluß als Konstruktionselement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 7 .1.1 Verschlüsse (Definition) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

7.2 Verschlüsse in technischen Baueinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

7.3 Einteilung der Verschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 7.3.1 Umhüllungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 7.3.2 Umfassungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.4 Der allgemeine Einsatz von Verschlüssen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

8 Konstruktionskataloge und Lösungssammlungen von Verschlüssen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

8.1 Übersichtskataloge von Verschlüssen und deren Elementen. . . . . . . . 156 8.1.1 Übersichtskatalog mit Umhüllungen und Gelenken. . . . . . . . . . . . . 156 8.1.2 Übersichtskatalog mit Umfassungen und Gelenken. . . . . . . . . . . . . 156 8.1.3 Übersichtskatalog mit Schließelementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

8.2 Allgemeine Verschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

Inhaltsverzeichnis XIII

8.2.1 Verschlüsse mit nicht integrierten Gelenken und Schließelementen. . . . 162 8.2.1.1 Verschiedene Gelenkarten und Schließbewegungen bei Türen,

Fenstern und Schließfächern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 8.2.1.2 Gebräuchliche Schließelemente zur Sicherung von Türen, Fenstern

8.2.2 8.2.2.1 8.2.2.2 8.2.2.3 8.2.2.4 8.2.2.5

8.2.3 8.2.3.1 8.2.3.2 8.2.4 8.2.4.1 8.2.4.2

8.2.5 8.2.6 8.2.6.1 8.2.7

und Schubfächern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Schlösser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .· . . . . . . . . . . . . . . 2. Getriebe für Fenster- und Türbeschläge . . . . . . . . . . . . . . . . .

Verschlüsse mit integrierten Gelenken und Schließelementen. . . . . . . Mögliche Varianten .............................. . Beispiele mit etwa gleichgroßen Umschließungshälften ......... . Türschließer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beispiele mit ungleichen Umschließungshälften (Fluidverschlüsse) .... Armaturen, Flaschen-, Blasinstrumentenverschlüsse und Mischbatterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Armaturen sind Verschlußelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Rohrleitungsarmaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Blasinstrumentenklappen ........................ . 4. Mischbatterien, Lage der Stellkörperkanten . . . . . . . . . . . . . . . 5. Mischbatterien, Ausführung der Stellkörper ............. . 6. Erzeugen von Mischbatterien mit Morphologischem Kasten . . . . . 7. Prinzipe und Ausführungen von Flaschen- und

Deckelverschlüssen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verschlüsse mit Gewichtskraft oder Außendruck . . . . . . . . . . . . . . "Schwereverschlüsse" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . "Überdruckverschlüsse" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bekleidungsverschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kleider als Verschlußeinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geschlossene Schuhe und Sandalen als Bekleidungsverschlüsse . . . . .

1. Schuhe .................................. . 2. Sandalen 3. Schließelemente für Schuhe ....................... .

Übersicht der "Aufreißverschlüsse" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verschlüsse für Verpackungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verschiedene Verschlußarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verschlüsse mit vollständiger Integration ihrer Komponenten ..... .

165 166 169 170 170 170 175 175

175 175 177 177 180 180 183

183 187 187 187 187 189 192 192 196 196 196 200 200 203

8.3 Übersicht der "Verschluß-Kataloge" und -Lösungssammlungen . . . . . 203

9 Systematik der Verschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

9.1 Hierarchie einfacher Maschinenelemente mit Wirkflächenpaarung. . . . 204 9 .1.1 Maschinenelemente offener Verknüpfungsketten . . . . . . . . . . . . . . 204 9 .1. 2 Maschinenelemente geschlossener Verknüfungsketten . . . . . . . . . . . 206 9.1.3 Offene und geschlossene Verknüpfungsketten . . . . . . . . . . . . . . . 208

9.2 Variation der Verschlußsysteme, Umhüllung, Umfassung. . . . . . . . . 208

9.3 Die Komponenten der Verschlußsysteme, Prinziplösungen . . . . . . . . 210 9.3.1 Umhüllungen für Verschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 9.3.2 Gelenke für Verschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 9.3.3 Schließelemente für Verschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 9.3.4 Integration der Schließelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

9.4 Synthese von Verschlüssen mit Hilfe des Morphologischen Kastens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

9.4.1 Gelenk und Schließelement bei der Synthese von Verschlüssen 220

9.5 Varianten steuernder und codierter Schließelemente von Mischbatterien 222

XIV Inhaltsverzeichnis

9.5.1 Systematische Änderung der Stellkanten an Mischbatteriekörpern ... ; 222 9.5.2 Allgemeine Variation der Stellkanten fiir zwei Zuflußquerschnitte. . . . 224 9.5.3 Einfluß des Druckabfalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

9.6 9.6.1 9.6.2 9.6.2.1 9.6.2.2 9.6.3 9.6.3.1 9.6.3.2

9.6.3.3 9.6.3.4 9.6.3.5

10

Codierung von Schlüsseln und Schlössern . . . . . . . . . . . . . . . . . Codierungs- und Verknüpfungsart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zwei Codierungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konjunktive Codierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Disjunktive Codierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Disjunktive und konjunktive Codierung bei Schlüsselprofilen . . . . . . Disjunktive Codierung bei traditionellen Schlössern . . . . . . . . . . . . Inverse Codierungseigenschaften fiir Rippen- und Nutenquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konjunktive Codierung bei Chubb- und Zylinderschlössern . . . . . . . Ausnützen der Codierung ftlr Schlüsselsysteme . . . . . . . . . . . . . . Grundlage ftlr andere (biologische) Codierungssysteme . . . . . . . . .

Schrifttum

Sachverzeichnis

228 228 230 230 230 230 230

235 236 240 243

245

249

Inhaltsverzeichnis XV

Band I "Konstmktionslehre" enthält folgende Kapitel:

Vorteile konstruktionsmethodischen Vorgehens

2 Allgemeine Grundlage der Konstruktionslehre

3 Modelle und Hilfsmittel für das methodische Konstruieren in der Aufgaben­formulierungs-Phase

4 Modelle und Hilfsmittel für das methodische Konstruieren in der Funktionellen Phase

5 Modelle und Hilfsmittel für das methodische Konstruieren in der Prinzipiellen Phase

6 Methodisches Konstruieren in der Gestaltenden Phase

7 Aufbau von Maschinen, Geräten und Apparaten

8 Neue Modelle zur methodischen und zur rechnerunterstützten Vorgehensweise

9 Die Theorie der Logischen Schluß-Matrix

Sachverzeichnis

Band II "Konstmktionskataloge" enthält folgende Kapitel:

10 Handhabung von Konstruktionskatalogen

11 Sammlung von Konstruktionskatalogen

12 Bewertung und Auswertung von Lösungen

13 Stützpunktanordnungen zur Sperrung und Kopplung von Bewegungen

14 Konstruieren mit dem Rechner, interaktiv sowie automatisch

15 Begriffe, Definitionen und Übersichten

Sachverzeichnis