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== Einsatz von Riementrieben ==
Mit Hilfe eines Riementriebes kann ein Drehmoment bei
* relativ geringem Energieverlust
* einfach
* erschütterungsfrei
* wartungsarm
* auch bei großen Achsabständen
zwischen zwei oder mehreren Wellen übertragen werden.

Diese Funktionen lassen sich durch kraftschlüssige oder formschlüssige Riementriebe realisieren.

== Allgemeine Vor- und Nachteile gegenüber Kettentrieben ==
'''Vorteile:'''
* Aufgrund der Einfachheit in Konstruktion und Herstellung sind Riementriebe kostengünstiger.
* Durch die elastische Kraftübertragung wirken Riementriebe stoß- und schwingungsdämpfend.
* Gekreuzter Wellenantrieb durch flexible Eigenschaften des Zugmittels möglich.
* Schmierstoffeinsatz wird aufgrund der stofflichen Zusammensetzung der Wirkpartner nicht benötigt..
* Geringeres Gewicht durch Leichtbauweise
* Überlastungsschutz durch Reibungskraft bei kraftschlüssigen Riementrieben.
* Ruhiger und geräuscharmer Lauf resultiert aus der stofflichen Zusammensetzung der Wirkpartner.

'''Nachteile:'''
* Gleichlauf (Synchronisierung) betroffener Wellen aufgrund des Dehnschlupfes bei kraftschlüssigen Riementrieben nicht möglich
* Um eine größtmögliche Reibungskraft zwischen Riemenscheibe und Zugmittel zu ermöglichen, wird eine hohe Vorspannkraft auf den Riemen ausgeübt, wodurch eine zusätzliche Lagerbelastung entsteht.
* Riemenwerkstoff begrenzt durch seine Zusammensetzung den Einsatz in höheren Temperaturbereichen, sowie seine Empfindliche Reaktion gegenüber Öl, Benzin, Wasser, Schmutz und Staub.
* Großer Platzbedarf resultiert aus der [[Dimensionierung]].
* Durch die elastische Eigenschaft des Riemens ist dieser einer fortlaufenden Dehnung unterlegen, was ein Nachspannen bis zum Ende der Lebenslaufzeit erforderlich macht.
* Für Montagezwecke lassen sich Riemen gegenüber der Kette überwiegend nicht durch ein Schloss öffnen.
* Aufgrund der stofflichen Zusammensetzung geringere Lebensdauer

== '''Kraftschlüssige Riementriebe''' ==
Kraftschlüssige Riementriebe übertragen das [[Drehmoment]] durch die in der Kontaktfläche zwischen Riemen und [[Riemenscheibe]] wirkenden Reibungskraft. Dies ist bei Flach-, Keil- oder Rundriemen der Fall. Die Größe der auftretenden Reibungskräfte hängt von der Riemenvorspannung ab, die von der richtigen Riemenlänge, der Möglichkeit zum Verstellen des Achsabstandes oder der Verwendung von Spannrollen abhängig ist. Die Spannrolle muss jeweils auf der unbelasteten Riemenseite (Leertrum), in der Nähe der kleineren Riemenscheibe vorgesehen werden, um einen größtmöglichen Umschlingungswinkel zu gewährleisten.

Zu beachten sind auch durch Riemenvorspannung auftretenden Spannkräfte, die bei den Lagerungen der Wellen zu berücksichtigen sind. Kraftschlüssige Riementriebe eignen sich nicht zur positionsgenauen Übertragung von [[Drehmoment]]en ([[Synchronisation]]), da hierbei zwangsläufig durch die Dehnung des Riemens und der Umfangskraft ein ca. 2%´er Schlupf zwischen Riemen und [[Riemenscheibe]] auftritt.

[[Bild:Riemenvorspannung.jpg]]

=== Flachriemen ===

[[Bild:Flachriemen.jpg|left]]
Flachriemen werden meist aus Textilien hergestellt und an den Enden entweder verklebt, verschweißt oder vernäht. Die Flachriemen nutzen die Reibungskraft auf den [[Riemenscheibe]]n aus. Zudem können Flachriemen auch bei gekreuzten oder halbgekreuzten [[Riemenführungen]] eingesetzt werden, wobei aber bei diesen beiden Varianten der Riemenverschleiß größer als bei offenen Riementrieben ist.

Flachriemen haben gegenüber anderen Riemenarten außerdem den Vorteil, dass sie auf flachen [[Riemenscheibe]]n seitlich verschoben werden können. So können sie von einer auf der Welle befestigten Scheibe auf eine daneben befindliche durchdrehende Scheibe verschoben werden und stellen dadurch eine einfache [[Kupplung]] dar. Durch die kleine Materialstärke sind sie biegsamer und der Scheibendurchmesser kann kleiner als bei Keilriemen sein.

Um zu verhindern, dass der Riemen von den Scheiben läuft, sind diese ballig ausgeführt: der Riemen zentriert sich automatisch.

==== Aufbau von Flachriemen ====
[[Bild:Flachriemenaufbau.jpg]]

=== Keilriemen ===

[[Bild:Normalkeilriemen.jpg|left]]

Fast alle [[Keilriemenarten]] sind meist endlos gefertigte Gummiriemen mit trapezförmigem Querschnitt, die einvulkanisierten Polyesterfäden zur Erhöhung der [[Zugfestigkeit]] enthalten. Im Gegensatz zum Flachriemen wird die Umfangskraft nicht durch Reibung auf der Innenseite des Riemens übertragen, sondern durch die Reibungskräfte als Folge der hohen Anpresskräfte an den schrägen Flanken des Keilriemens.

Sie können bei gleichem Platzbedarf wesentlich größere [[Drehmoment]]e als Flachriemen übertragen. Durch die höhere Reibung sind die Kräfte auf die Lager wesentlich geringer.

Man kann auch mehrere Keilriemen nebeneinander anordnen. Bei Antrieben mit mehreren parallelen Keilriemen ist aufgrund der Ausdehnung jedoch wichtig, dass alle Riemen zugleich getauscht werden sollen.

Bei allen Vorteilen gegenüber anderen Riemenarten bei der Kraftübertragung sind Keilriemen aufgrund ihrer [[Dimensionierung]] bei den [[Riemenführungen]] eingeschränkt einsetzbar.
Während Flachriemen nicht genormt sind, sind die Keilriemen weitgehend standardisiert, sodass sie herstellerneutral verwendet und getauscht werden können. Da der Keilriemen relativ hoch ist, kommt es bei der Umlenkung innen zu einer Stauchung und somit zur Erwärmung.

Man kann den Keilriemen auch zahnen, um kleine Scheibendurchmesser zu erlauben oder die Verluste zu verringern. Jedoch ist auch ein gezahnter Keilriemen immer noch ein Keilriemen, da er kraftschlüssig durch die Keilwirkung an den Flanken arbeitet.

Der Keilrippenriemen ist eine Mischform aus Flachriemen und Keilriemen. Der Riemen besitzt Rippen, die in Längsrichtung verlaufen. Die [[Riemenscheibe]] weist entsprechende Rillen auf.

=== Rundriemen ===

[[Bild:Rundriemen.jpg|left|]]

Für kleine Kräfte werden häufig auch Rundriemen verwendet. Diese kommen heute als Vollkunststoffriemen oder aus geflochtenen Kunststofffaserriemen zur Anwendung. Sie haben den Vorteil, dass sie sehr flexibel anwendbar sind. Sie werden beispielsweise bei Textil- oder Büromaschinen verwendet. Sie vertragen hohe Geschwindigkeiten, haben eine ähnlich hohe Reibung wie Keilriemen, sind aber leichter zu kreuzen. Die Riemenscheiben müssen nicht unbedingt fluchten ([[Riemenführungen]]).

== '''Formschlüssige Riementriebe''' ==
[[Bild:einseitige Bordscheibe.jpg|left]]

Bei formschlüssigen Riementrieben (Zahnriementriebe) wird das [[Drehmoment]] durch Ineinandergreifen der Zähne des Riemens und der [[Synchronriemenscheibe]] (z.B. Zahnrad mit seitlichen Bordscheiben, welche das Abspringen des Riemens verhindern) von der Antriebswelle auf das Zugmittel bzw. dem Zugmittel auf die Abtriebswelle übertragen.

Zahnriemen verbinden die Vorteile der Flach- und Keilriemen mit der Schlupffreiheit der [[Kettentriebe]], wobei der Umschlingungswinkel des Riemens auf dem Zahnrad nicht so groß sein muss wie bei den Keil- oder Flachriemen.

Zahnriemen zeichnen sich aus durch Laufruhe, geringere Riemenvorspannung und der daraus geringeren Lagerbelastung, die durch profillosen Spannrollen auf der Riemenaussenseite eingestellt wird. Darüber hinaus ist eine Riementriebkonstruktion meist eine kostengünstigere Alternative zu Antriebsketten.

Da kein Durchrutschen zwischen den eingreifenden Partnern möglich ist, können formschlüssige Riementriebe für Steueraufgaben eingesetzt werden, z.B. in [[Verbrennungsmotor]]en zur [[Synchronisation]] der Kurbelwellen- mit der Nockenwellenbewegung (siehe: [[Zahnriemen]]).

Als Nachteile gegenüber Ketten sind die schlechtere Temperaturbeständigkeit und die geringere Lebensdauer zu nennen.

Zu den Auslegungskriterien zählen u.a. vom Hersteller ermittelte Tabellen, die die maximale zu übertragende Leistung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit und der Zähnezahlen darstellen.

* Die [http://mulco.cadclick.de/de/index.htm Fa. Mulco] bietet die Möglichkeit, einen Riementrieb online zu berechnen. Login als bbswl, pw ist fsm03.
* Ein Anwendungsbeispiel für das [[:Kategorie:Entwicklung und Konstruktion|Fach Entwicklung & Konstruktion]] zeigt die [[Projektarbeit Riementrieb]].

==== Aufbau von Zahnriemen ====

[[Bild:Aufbau von Zahnriemen.jpg]]

=Normungen=
Im folgenden sind die wichtigsten Normen für Riementriebe und deren Bauteile aufgelistet die im Maschinenbau ihre Anwendungen finden.

==[[DIN]] - Deutsche Industrienorm==

<div align="center">Kleine Übersicht der [[DIN]] Normung Riementriebe. Zum Vergrößern auf das Bild
klicken.</div>

[[Media:DIN .pdf]]

==[[ISO]] – International Organization for Standardization==

<div align="center">Kleine Übersicht der [[ISO]] Normung Riementriebe. Zum Vergrößern auf das Bild
klicken.</div>

[[Media:ISO.pdf]]

=Dimensionierung=

==Auslegung eines Riementriebes==
[[Bild:Riementriebauslegung.jpg]]

==Kräfte am Riementrieb==
[[Bild:Kräfte am Riementrieb.jpg]]

==Übersetzungen am Riementrieb==
[[Bild:Übersetzungen am Riementrieb.jpg]]

==Berechnungsaufgaben==

'''1. Antrieb einer Spezial-Bohrmaschine'''

Für den Antrieb einer Spezial-Bohrmaschine mit einer konstanten Spindeldrehzahl nab = 1000/min ist ein geeigneter Synchronriemenantrieb auszulegen. Zum Antrieb wird ein Synchronmotor mit P = 1,5 kW bei nan = 3000/min mit einer Zähnezahl der Synchronriemenscheibe von zk = 38 sowie einer Teilung von p = 5 mm vorgesehen. Aus konstruktiven Gründen soll der Wellenabstand e´ = 290 mm und die Zahnscheibendurchmesser maximal 200 mm betragen. Erschwerte Betriebsbedingungen sind nicht zu erwarten; KA = 1.

Die Berechnung erfolgt in Anlehnung an den Ablaufplan zum Auslegen von Riementrieben.
* [[Riementriebe:_Lösungen#_Lösung|Lösung]]

'''2. Wellenantrieb'''

Ein Motor (n1 = 1250/min, ddk = 115 mm) treibt eine Welle an, die 250/min machen soll. Berechne den Scheibendurchmesser der anzutreibenden Welle und das daraus resultierende Übersetzungsverhältnis, sowie die entstehende Riemengeschwindigkeit basierend auf den bekannten Daten.
* [[Riementriebe:_Lösungen#_Lösung|Lösung]]

'''2.1. Wellenantrieb'''

Berechne die theoretische Riemenlänge zur vorherigen Aufgabe, bei einem Achsabstand von 1150 mm, die notwendig ist um eine Übertragung der Antriebskraft durch einen Keilriemen zu ermöglichen.
* [[Riementriebe:_Lösungen#_Lösung|Lösung]]

'''3. Wäscheschleuder'''

[[Bild:Wäscheschleuder.jpg|left|]]
Motordrehzahl n1 = 3500/min

Motorriemenscheibe d1 = 50 mm

Übersetzungsverhältnis i = 2,5

Gesucht:
* Durchmesser der getriebenen Riemenscheibe
* Drehzahl der Schleuder
* Die höchste Umfangsgeschwindigkeit der Schleuder in m/s.

* [[Riementriebe:_Lösungen#_Lösung| Lösung]]

'''4. Sauglüfter mit Synchronriemenantrieb'''

Der Antrieb eines Sauglüfters ist als Synchronriemenantrieb auszulegen. Der vorgesehene Drehstrommotor 180M hat eine Antriebsleistung P=18,5kW bei einer Drehzahl n1=nk=1450min-1, die Lüfterdrehzahl n2=ng=800min-1. Aus baulichen Gründen kann der Durchmesser ddg der Riemenscheibe auf der Lüfterseite maximal 500mm betragen, der Wellenabstand e´≈800mm. Die Daten für die Scheibenzähnezahl und die Riemenzähnezahl sollen aus dem Online-Katalog der Firma [http://www.wieland-antriebstechnik.de/site/data/html/index.html Wieland Antriebstechnik] gewählt werden. Als Betriebsverhältnisse sollen hier angenommen werden: mittlerer Anlauf, stoßfreie Volllast, tägliche Betriebsdauer≈8h.
* [[Riementriebe:_Lösungen#Berechnungsaufgabe_Saugl.C3.BCfter_mit_Syncronriemenantrieb.29| Lösung]]

'''5. Elektro-Roller mit Synchronriemenantrieb'''

[[Bild:Scooter.jpg|right]]
Der Elektro-Roller "Jofang 332 B" wird über einen Zahnriemen angetrieben und hat folgende Kenndaten:
* Höchstgeschwindigkeit gemäß Betriebserlaubnis: 20 km/h
* Nennleistung des Antriebsmotors: 0,45 kW bei 3.300 min-1
* Hinterraddurchmesser: 10,4"
* Riemenbreite: 15 mm
* Riementeilung: 5 mm
* Riemenlänge: 800 mm
* Zähnezahl Motorriemenscheibe: 14 Zähne
* Zähnezahl Radriemenscheibe: 102 Zähne
* Achsabstand Riementrieb: 245 mm
* Spannweg: ± 10 mm

5.1 Überprüfen und bewerten Sie die Dimensionierung des Riementriebes.
[[Riementriebe:_Lösungen#_Lösung| Lösung]]

5.2 Welche theoretische Höchstgeschwindigkeit errechnet sich bei max. Drehzahl?

5.3 Für die Produktion eines Werbevideos soll auf ebener Streckke unter Beibehaltung der Motorleistung eine Endgeschwindigkeit von 30 km/ realisiert werden. Arbeiten Sie auf der Basis von Standard-Bauteilen einen Vorschlag zur konstruktiven Veränderung des Riementriebes aus.

=Wiederholungsfragen=

Frage 1: Welche Gründe sprechen für den Einsatz einer Riementriebkonstruktion gegenüber einem [[Kettentriebe|Kettentrieb]]?
* [[Riementriebe:_Antworten#_Frage 1|Antwort]]

Frage 2: In welcher Weise findet bei kraftschlüssigen Riementrieben die Kraftübertragung statt?
* [[Riementriebe:_Antworten#_Frage 2|Antworten]]

Frage 3: Welchen Vorteil weisen Flachriemen gegenüber allen anderen Riemenarten auf?
* [[Riementriebe:_Antworten#_Frage 3|Antworten]]

Frage 4: Wodurch unterscheiden sich hinsichtlich der Kraftübertragung Keil- von Flachriemen ?
* [[Riementriebe:_Antworten#_Frage 4|Antworten]]

Frage 5: In welcher Art und Weise findet bei formschlüssigen Riementrieben die Kraftübertragung statt?
* [[Riementriebe:_Antworten#_Frage 5|Antworten]]

Frage 6: Wodurch sind die Nachteile des Zahnriementriebes gegenüber dem Kettenantrieb begründet?
* [[Riementriebe:_Antworten#_Frage 6|Antworten]]

=Händler=
* Eine Übersichtsliste: [http://www.wlw.de/sse/Produkt?land=DE&sprache=de&suchbegriff=riemen Wer liefert was?]
* Anbieter mit Berechnungsbeispielen: [http://www.wieland-antriebstechnik.de/site/data/html/index.html Wieland Antriebstechnik]
[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]]

=Quellen=

Roloff/Matek: Maschinenelemente, Normung-Berechnung-Gestaltung, Vieweg Verlag, 17. Aufl. 2005, ISBN 3-528-17028-X

Roloff/Matek Maschinenelemente Formelsammlung, Vieweg Verlag, 7. Aufl. 2003. ISBN 3-528-64482-6,

Verlag Europa Lehrmittel: Tabellenbuch Metall, 43. Aufl. 2005. ISBN 3-8085-1673-9

Verlag Europa Lehrmittel: Fachkunde Metall, 48. Aufl. 1987. ISBN 3-8085-1028-5

Benutzer:Talea

2006-03-04T10:42:06Z

Talea:

== Member of the "Bierpokemons" ==

Name: Britta

Beruf: Technische Zeichnerin

Ausbildungsfirma: [http://www.still.de STILL GmbH]

Klasse: [[Fachschule Maschinentechnik]] bzw. Techniker für Maschinentechnik in Teilzeitform

meine Artikel:
[[Klebverbindungen]]

mein Arbeitgeber:
http://www.wassermann-dental.com

Wir bilden aus zum Feinmechaniker.

Hobbies: dazu bleibt leider wenig Zeit, aber wenn Zeit ist, dann lesen, [http://www.tivoli.de Theaterbesuche], und etwas [http://www.sv-altengamme.de Sport].

Buchtipps:
*Eine Billion Dollar. Bastei-Lübbe Taschenbücher, Band 15040 Roman von Andreas Eschbach, ISBN 3-404-15040-6

Stilrichtung: Thriller
[[Bild:Eine Billion Dollar.jpg]]

*Alle Robotergeschichten. Bastei-Lübbe Taschenbücher, Band 24082 von Isaac Asimov, ISBN 3-404-24082-0

Stilrichtung: Science-fiction
[[Bild:Robotergeschichten.jpg]]

und alle [http://www.darkover-guide.de/romane/index.htm Darkover-Romane] von Marion Zimmer-Bradley

Benutzer:Talea

2006-03-04T09:59:13Z

Talea:

Stoffschlüssige Verbindungen

2006-03-04T09:12:55Z

Talea:

Stoffschlüssige Verbindungen werden durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Bauteile und/oder der Verbindungsmittel wieder lösen lassen.

Stoffschlüssige Verbindungen sind:
*[[Lötverbindungen|Löten]]
*[[Schweißverbindungen|Schweißen]]
*[[Klebverbindungen|Kleben]]
*Vulkanisieren
[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]]
[[Kategorie:Fertigungstechnik]]
--[[Benutzer:Talea|Talea]] 10:12, 4. Mär 2006 (CET)

Schweißverbindungen

2006-03-01T08:23:21Z

Talea: /* Schweißen */

[[Bild:Schweißen1.jpg]]
== Allgemeines ==
Schweißverbindungen sind [[stoffschlüssige Verbindungen]], sie werden vielseitig eingesetzt und haben eine lange geschichtliche Entwicklung hinter sich ( siehe: [[Geschichtliche Entwicklung der Schweißtechnik]]). Anwendung primär für [[Stahl]], aber auch für Stahlguss, bedingt für Grauguss (Reparatur-Schweißung), [[Aluminium]]-, [[Titan]]-, [http://www.kupfer.de/ Kupfer]-, [http://www.innovations-report.de/html/berichte/materialwissenschaften/bericht-1255.html Magnesium-Legierungen], für Nickel, [http://www.initiative-zink.de/index.php Zink], [http://www.blei-institut.de/domains/blei/ Blei] und [http://www.hug-technik.com/inhalt/fb/kunststoffverarbeitung.html thermoplastische Kunststoffe].

Im Maschinenbau wird bei kleinen Stückzahlen, im Leichtbau und bei kurzen Lieferzeiten geschweißt.

Für die drei Hauptanwendungsgebiete
*Stahlbau (Brücken, [[Krane]])
*[[Druckbehälterbau]]
*allgemeiner Maschinenbau
wurden für die Berechnung, Herstellung und Prüfung unterschiedliche nationale und internationale Richtlinien, Normen und Vorschriften erstellt.

Bei der schweißgerechten Konstruktion sind daher die allgemeinen Richtlinien für die Gestaltung und Berechnung, im speziellen aber die unterschiedlichen Normen und Vorschriften einzuhalten.

== Schweißen vs. Löten ==
=== Schweißen ===
Unter Schweißen versteht man gemäß [[DIN]] 1910-1 ([[DIN]] 1910-1 wurde in weiten Teilen durch [[DIN]] ISO 857-1 ersetzt) das unlösbare Verbinden von Bauteilen, unter Anwendung von Wärme und/oder [[Druck]] ohne /oder mit der Verwendung von Schweißzusätzen. Besonders häufig sind Schmelzschweißverfahren zweier meist metallischer Materialien. Die Verbindung erfolgt, je nach Schweißverfahren, in einer Schweißnaht oder einem Schweißpunkt. Die zum Schweißen notwendige Energie wird von außen zugeführt. Das Schweißverfahren kann durch Schweißhilfsstoffe, z.B. Schutzgase, Schweißpulver oder Pasten ermöglicht oder erleichtert werden.

==== Kehlnaht ====
[[Bild:Kehlnaht.jpg|thumb| Kehlnaht]]
Die Schweißteile liegen in zwei Ebenen, welche einen Winkel von etwa 90° bilden. Die Kehlnaht bedarf meistens keiner besonderen Vorbereitung und ist daher einfach und wirtschaftlich herzustellen. Besonders bei dynamischer Belastung ist die Kehlnaht bedeutend ungünstiger als die Stumpfnaht.

=== Stumfnaht ===

Bei der Stumpfnaht liegen die Schweißteile in einer Ebene und bilden eine Fuge.

==== Punktschweißverbindung ====
Beim Punktschweißen werden die aufeinandergepressten, flächigen, Teile meist linsenförmig geschweißt. Wegen der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird die Punktschweißverbindung trotz der geringen Belastbarkeit in vielen Bereichen angewendet: Einzelfertigung, Serienfertigung, Fahrzeugbau, Stahlbau.

http://www.control-e.de/germany/technol/pktschw/ICA1B408-001.apd/punktschweißen2.gif

=== Vorteile ===
*Gewichtsersparnisse durch wesentlich geringere Wanddicken und kleinere Bauteilquerschnitte
*größere Formsteifigkeit
*größere Schwingungsdämpfung
*glattere Wandungen ( erleichtern Reinigung und den [[Oberflächenschutz]] )
*Zeitersparnisse
*werkstoffsparende, wirtschaftliche Leichtbauweise
*keine Schwächung
*größere konstruktive Gestaltungsfreiheit
*genügt den ästhetischen Ansprüchen

( gegenüber Gussverbindungen, [[Nietverbindungen]] und [[Schraubenverbindungen]] )

=== Nachteile ===
1. Begleiterscheinungen:
Beim Schweißen wird das Bauteil örtlich auf Schmelztemperatur erwärmt. In der Umgebung des Schmelzbades entstehen unerwünschte Gefügeveränderungen. Beim Abkühlen entstehen Schrumpfungen; werden diese behindert, entstehen Schrumpf-(Eigen-)Spannungen.

Aus diesen Vorgängen können die Anforderungen an den Bauteil- und Zusatz-Werkstoff abgeleitet werden: kleine Gefüge- und Festigkeits-Veränderungen beim Umschmelzen, große plastische Verformbarkeit.

2. Werkstoffveränderungen:
Bei der Erwärmung von Stahl entstehen Gefügeumwandlungen, die sich Negativ auf die Struktur des Materials auswirkt. Bei einer schnellen Abkühlung entstehen [[Härtespitzen]]. Bei Temperaturen über 950°C entsteht ein grobes Gefüge, nach Abkühlung somit ein grobes oder Gefüge mit erhöhter Sprödbruchgefahr. Grobkorngefüge kann durch nachträgliches Normalglühen wieder beseitigt werden. Wirtschaftlicher ist die Verwendung feinkornbildender Legierungselemente (Al, V, Ti, Ta).

Die verbleibenden Eigenspannungen führen meistens zu einem Verzug des Schweißteils.

Ein Abbau der Eigenspannungen kann durch Spannungsarmglühen erfolgen. Dabei werden bei Stahl gleichzeitig auch [[Härtespitzen]] abgebaut. Siehe auch:[[Wärmebehandlung von Stahl]]

[[Lötverbindungen]]

== Schweißverfahren ==
Eine allgemeine Übersicht über Schweißverfahren mit den zugehörigen Begriffen enthält [[DIN]] 1910. Die Auswahl des Schweißverfahrens hat bereits im Entwicklungsstadium zu erfolgen, wobei technische und wirtschaftliche Gesichtspunkte berücksichtigt werden müssen. Mitentscheidend sind dabei die Güteanforderungen, der Werkstoff, die Bauteil-Größe bzw. -Dicke und die Betriebseinrichtungen.

Wirtschaftliche Bedeutung haben heute folgende Verfahren:

*[[Lichtbogenhandschweißen]]
*[[Schutzgasschweißen(MIG, MAG, WIG)]]
*[[Unterpulverschweißen]]
*[[Bild:UP Schweißen.jpg]]
*[[Gasschmelzschweißen]]
*[[Elektrisches Widerstands-Schweißen = Press-Schweißen]]
*(Stumpf-, Punkt-, Rollennaht-Schweißung)
*[[Kunststoffschweißen]]

=== Auswahl des Schweißverfahrens ===
Folgende Kriterien müssen bei der Auswahl des Schweißverfahrens in Betracht gezogen werden:

*Wirtschaftlichkeit (eng verknüpft mit der Automatisierbarkeit)
*Schweißposition (manche Verfahren nur für Wannenposition)
*Qualität (Durchschweißung, Dichtheit), eng verknüpft mit der Festigkeitsanforderung
*Festigkeitsanforderung

== Grundsätze ==
Beim Entwurf einer Schweißkonstruktion sind folgende Fragen zu beantworten:

*Welche Aufgabe soll die Konstruktion erfüllen?
*Welche Belastungen treten auf?
*Welche Werkstoffe kommen in Frage?
*Welches Schweißverfahren kann angewendet werden?
*Welche Qualität muss gefordert werden?

== Gestaltungseinflüsse ==
Folgende Faktoren beeinflussen die Gestaltung von Schweißkonstruktionen:

*Art der Belastung: ruhend, schwingend, schwellend, wechselnd
*Art der Beanspruchungen: Zug, Druck, Biegung, Torsion
*Äußere Einflüsse: Temperatur, Korrosion, Verschleiss
*Art des Schweißverfahrens: Hand, Automat

=== Fertigungsgerechtes Planen ===
*So wenig wie möglich schweißen (Walz- und Abkantprofile anwenden).
*Einfache Nahtformen (Kehlnähte) anstreben.
*Auf gute Zugänglichkeit achten.
*Schweiß-Nähte nicht in Passflächen legen (keine Nachbearbeitung).
*Wenn immer möglich, Hochleistungs-Schweißverfahren anwenden.
*Toleranzen nicht enger als erforderlich wählen und ausreichend Bearbeitungszugaben vorsehen.
*Auf gute Prüfmöglichkeit achten (Stumpfnaht).

== Werkstoffwahl ==
Bei der Auswahl des Werkstoffes ist dessen Schweißeignung im Zusammenhang mit dem Verfahren zu überprüfen. Folgende Faktoren beeinflussen die Schweißeignung:

=== Chemische Zusammensetzung ===
Die chemische Zusammensetzung bestimmt die

*Aufhärtungsneigung
*[[Sprödbruchneigung]]
*Alterungsneigung
*Heißrissneigung
*Schmelzbadverhalten.

=== Metallurgische Eigenschaften ===
Die metallurgischen Eigenschaften sind bestimmend für die

*Gefügeausbildung
*Korngröße
*[[Seigerungen]]
*Einschlüsse

=== Physikalische Eigenschaften ===
Die physikalischen Eigenschaften

*Schmelzpunkt
*Wärmeleitfähigkeit
*E-Modul, Querkontraktionszahl
*Festigkeit
*Fliessgrenze

sind verantwortlich für die

*Eigenspannungen
*Verzug
*Schrumpfung

Hinweise zur Schweißbarkeit der Werkstoffe siehe [[DIN]] 8528 T1.

[[Wärmebehandlung von Stahl]]

== Schweißzusätze ==
Grundsätzlich gilt die Forderung „Artgleich“ zu schweißen. Die Chemische Zusammensetzung des Schweißzusatzwerkstoffes weicht jedoch von der des Grundwerkstoffes ab, besonders wenn diese höher legiert sind, um den Abbrand von Legierungs-Elementen zu kompensieren (zwischen Grundwerkstoff und Schweißgut).

Wichtig ist die Beachtung der Rissgefahr beim Schweißen:

Es ist ein Schweißzusatz zu verwenden, der der Rissgefahr beim Schrumpfen entgegenwirkt. Dies passiert durch die Zugabe von so genannten Keimbildnern (z.B.: Ti, Cr, Mn).
Die Gefahr der Rissbildung ist besonders bei aushärtbaren Legierungen der Fall, weil diese wenig Korngrenzen – Eutektikum haben. Der Nachteil kann durch den Zusatz höher legierter Schweißzusätze ausgeglichen werden, die nicht aushärtbar sind.

=== Normung ===
Die Zusatzwerkstoffe sind in den Normen erfasst:

*Gasschweiß-Stäbe: [[DIN]] 8554
*Umhüllte Stabelektroden: [[DIN]] 1913
*Feinkornbaustähle: [[DIN]] 8529
*nichtrostende und hitzebeständige Stähle: [[DIN]] 8556
*warmfeste Stähle: [[DIN]] 8575
*Aluminium: [[DIN]] 1732

=== Farbkennzeichnung ===

Um eine Verwechslung unter Schweißstäben und – Drähten auszuschließen, ist deren Kennzeichnung erforderlich. Ausgenommen hiervon sind einige Sorten von untergeordneter Bedeutung, die in der Farbzeichnungstabelle nicht aufgeführt sind.

Auf der Spule oder an einem Stabende, an dem nicht geschweißt wird, bezeichnet eine etwa 20mm Farbmarkierung die jeweilige Hauptgruppe des Werkstoffes entsprechend dem Basismetall. Soweit erforderlich, ist zur weiteren Unterscheidung die Farbe für eine Untergruppe innerhalb der jeweiligen Legierung festgelegt.
Die 5 in Betracht kommenden Hauptgruppen unterscheiden sich durch folgende Farben.
*Stahl- und Eisenlegierungen / verschiedene Hauptfarben, verschiedene Nebenfarben.
*Nickel- und Kobaltbasislegierungen / Hauptfarbe Blau und Lila, verschiedene Nebenfarben.
*Aluminium-Legierungen / Hauptfarbe Grün, verschiedene Nebenfarben.
*Magnesium-Legierungen / Hauptfarbe Gelb, verschiedene Nebenfarben.
*Titan- und Titanlegierungen / Hauptfarbe Schwarz, verschiedene Nebenfarben.

== Darstellung ==
Die Darstellung der Schweißnähte auf Fertigungszeichnungen wird durch diverse Normen geregelt. Dabei werden Nahtform, Güte, Schweißverfahren etc. eindeutig festgelegt. Man spricht hier von "schweißgerechtem Konstruieren".

[[Bild:Unbenannt.JPG]]

== Sicherheit ==
*Spalten und offene Hohlräume vermeiden (Korrosionsgefahr).
*Bei Schweißteilen, welche einer Glühbehandlung unterzogen werden, sind Hohlräume unbedingt zu öffnen (Explosionsgefahr).
*Schweißnähte nicht an höchstbeanspruchte Stellen legen.
*Kraftangriffspunkt in Schwerachse des Querschnittes, um Biegung zu vermeiden.
*So wenig wie möglich schweißen (Walz- und Abkantprofile anwenden).
*Einfache Nahtformen (Kehlnähte) anstreben.
*Auf gute Zugänglichkeit achten.
*Schweiß-Nähte nicht in Passflächen legen (keine Nachbearbeitung).
*Wenn immer möglich, Hochleistungs-Schweißverfahren anwenden.
*Toleranzen nicht enger als erforderlich wählen und ausreichend Bearbeitungszugaben vorsehen.
*Auf gute Prüfmöglichkeit achten (Stumpfnaht).

== Berechnungen ==

Auf analytischem Wege ist es nicht möglich die genauen Maximalspannungen in einer Schweissnaht zu berechnen. Mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) ist es möglich, relativ genau die Spannungsspitzen in einer Schweissnaht zu bestimmen. Da die örtlich im Schweissgut und vor allem in der wärmebeeinflussten Zone ertragbaren Beanspruchungen nicht bekannt sind, hilft jedoch auch dies nicht viel weiter.

Die Berechnung einer Schweissnaht basiert daher immer auf der Bestimmung einer theoretischen Nennspannung in der Schweissnaht oder in der wärmebeeinflussten Zone daneben. Die ertragbare Nennspannung für statische und dynamische Lastfälle wird in Versuchen an Probekörpern mit der entsprechenden Schweissnaht-Ausführung und -Güte ermittelt. Die zulässige Nennspannung wird dem Einsatz und der Qualität entsprechend nach Erfahrung festgelegt.

In einer Schweissverbindung können Normalspannungen und Schubspannungen unterschiedlicher Orientierung auftreten: Normalspannung quer, Normalspannung längs (parallel), Schubspannung quer, Schubspannung längs. Die ertragbare Beanspruchung ist für diese Spannungskomponenten unterschiedlich, die Ermittlung einer Vergleichsspannung empfehlenswert, ihre Genauigkeit ist aber sehr mangelhaft.

Die Punktschweissverbindung sollte auf Scherung belastet werden, Kopfzug, Schälen und Torsion eines Einzelpunktes sind zu vermeiden.

Bei der statischen Scherbelastung wird die Schub-Nennspannung im Schweisspunkt gerechnet. Diese darf maximal 65% der zulässigen Normalspannung sein (im Stahlbau gemäss DIN 18800). Ausser der Scherspannung wird die Lochleibung an einem virtuellen Bolzen überprüft.

Für dynamisch beanspruchte Punktschweissverbindungen sind die Merkblätter DVS 2902 T3, DVS 2923 und DVS 2906 der DB heranzuziehen, in der Luft- und Raumfahrt ist die DIN 29878 anzuwenden.

== Fragen ==
*1. Wann werden im Maschinenbau Schweißverfahren eingesetzt?
*2. Was genau ist eine Kehlnaht?
*3. Nenne 3 Vorteile die das Schweißen hat.
*4. Nenne 3 Nachteile die das Schweißen hat.
*5. Nenne 3 Sicherheitskriterien auf die man beim Schweißen achten muß.

Lösungen hier: [[ Schweißverbindungen: Antworten ]]

== Literaturhinweise ==
*Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag 17. Aufl. 2005, ISBN 3-528-17028-X, € 34,90.
*Maschinenelemente, Band I, G. Niemann, 2. Auflage 1981, Springer-Verlag
*AD-Merkblätter, TÜV, Heymanns-Verlag und Beuth-Verlag
*Schweißtechnisches Konstruieren und Fertigen, Volkmar Schuler, Vieweg-Verlag

== Links ==
*[http://www.dvs-ev.de /www.dvs-ev.de]
*[http://www.fronius.com/schweisstechnik/focus.schweissen/ www.fronius.com]
*[http://www.airliquide.de/loesungen/business/schweissen-schneiden/ www.airliquide.de]
*[http://www.heimwerker-webverzeichnis.de/003,001,022.htm www.heimwerker-webverzeichnis.de]

--[[Benutzer:Anthony|Anthony]]

[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]]
[[Kategorie:Fertigungstechnik]]

Schweißverbindungen

2006-03-01T08:19:47Z

Talea: /* Allgemeines */

[[Bild:Schweißen1.jpg]]
== Allgemeines ==
Schweißverbindungen sind [[stoffschlüssige Verbindungen]], sie werden vielseitig eingesetzt und haben eine lange geschichtliche Entwicklung hinter sich ( siehe: [[Geschichtliche Entwicklung der Schweißtechnik]]). Anwendung primär für [[Stahl]], aber auch für Stahlguss, bedingt für Grauguss (Reparatur-Schweißung), [[Aluminium]]-, [[Titan]]-, [http://www.kupfer.de/ Kupfer]-, [http://www.innovations-report.de/html/berichte/materialwissenschaften/bericht-1255.html Magnesium-Legierungen], für Nickel, [http://www.initiative-zink.de/index.php Zink], [http://www.blei-institut.de/domains/blei/ Blei] und [http://www.hug-technik.com/inhalt/fb/kunststoffverarbeitung.html thermoplastische Kunststoffe].

Im Maschinenbau wird bei kleinen Stückzahlen, im Leichtbau und bei kurzen Lieferzeiten geschweißt.

Für die drei Hauptanwendungsgebiete
*Stahlbau (Brücken, [[Krane]])
*[[Druckbehälterbau]]
*allgemeiner Maschinenbau
wurden für die Berechnung, Herstellung und Prüfung unterschiedliche nationale und internationale Richtlinien, Normen und Vorschriften erstellt.

Bei der schweißgerechten Konstruktion sind daher die allgemeinen Richtlinien für die Gestaltung und Berechnung, im speziellen aber die unterschiedlichen Normen und Vorschriften einzuhalten.

== Schweißen vs. Löten ==
=== Schweißen ===
Unter Schweißen versteht man gemäß [[DIN]] 1910-1 ([[DIN]] 1910-1 wurde in weiten Teilen durch [[DIN]] ISO 857-1 ersetzt) das unlösbare Verbinden von Bauteilen, unter Anwendung von Wärme und/oder [[Druck]] / ohne oder mit der Verwendung von Schweißzusätzen. Besonders häufig sind Schmelzschweißverfahren zweier meist metallischer Materialien. Die Verbindung erfolgt je nach Schweißverfahren in einer Schweißnaht oder einem Schweißpunkt. Die zum Schweißen notwendige Energie wird von außen zugeführt. Das Schweißverfahren kann durch Schweißhilfsstoffe, z.B. Schutzgase, Schweißpulver oder Pasten, ermöglicht oder erleichtert werden.

==== Kehlnaht ====
[[Bild:Kehlnaht.jpg|thumb| Kehlnaht]]
Die Schweißteile liegen in zwei Ebenen, welche einen Winkel von etwa 90° bilden. Die Kehlnaht bedarf meistens keiner besonderen Vorbereitung und ist daher einfach und wirtschaftlich herzustellen. Besonders bei dynamischer Belastung ist die Kehlnaht bedeutend ungünstiger als die Stumpfnaht.

=== Stumfnaht ===

Bei der Stumpfnaht liegen die Schweißteile in einer Ebene und bilden eine Fuge.

==== Punktschweißverbindung ====
Beim Punktschweißen werden die aufeinandergepressten, flächigen, Teile meist linsenförmig geschweißt. Wegen der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird die Punktschweißverbindung trotz der geringen Belastbarkeit in vielen Bereichen angewendet: Einzelfertigung, Serienfertigung, Fahrzeugbau, Stahlbau.

http://www.control-e.de/germany/technol/pktschw/ICA1B408-001.apd/punktschweißen2.gif

=== Vorteile ===
*Gewichtsersparnisse durch wesentlich geringere Wanddicken und kleinere Bauteilquerschnitte
*größere Formsteifigkeit
*größere Schwingungsdämpfung
*glattere Wandungen ( erleichtern Reinigung und den [[Oberflächenschutz]] )
*Zeitersparnisse
*werkstoffsparende, wirtschaftliche Leichtbauweise
*keine Schwächung
*größere konstruktive Gestaltungsfreiheit
*genügt den ästhetischen Ansprüchen

( gegenüber Gussverbindungen, [[Nietverbindungen]] und [[Schraubenverbindungen]] )

=== Nachteile ===
1. Begleiterscheinungen:
Beim Schweißen wird das Bauteil örtlich auf Schmelztemperatur erwärmt. In der Umgebung des Schmelzbades entstehen unerwünschte Gefügeveränderungen. Beim Abkühlen entstehen Schrumpfungen; werden diese behindert, entstehen Schrumpf-(Eigen-)Spannungen.

Aus diesen Vorgängen können die Anforderungen an den Bauteil- und Zusatz-Werkstoff abgeleitet werden: kleine Gefüge- und Festigkeits-Veränderungen beim Umschmelzen, große plastische Verformbarkeit.

2. Werkstoffveränderungen:
Bei der Erwärmung von Stahl entstehen Gefügeumwandlungen, die sich Negativ auf die Struktur des Materials auswirkt. Bei einer schnellen Abkühlung entstehen [[Härtespitzen]]. Bei Temperaturen über 950°C entsteht ein grobes Gefüge, nach Abkühlung somit ein grobes oder Gefüge mit erhöhter Sprödbruchgefahr. Grobkorngefüge kann durch nachträgliches Normalglühen wieder beseitigt werden. Wirtschaftlicher ist die Verwendung feinkornbildender Legierungselemente (Al, V, Ti, Ta).

Die verbleibenden Eigenspannungen führen meistens zu einem Verzug des Schweißteils.

Ein Abbau der Eigenspannungen kann durch Spannungsarmglühen erfolgen. Dabei werden bei Stahl gleichzeitig auch [[Härtespitzen]] abgebaut. Siehe auch:[[Wärmebehandlung von Stahl]]

[[Lötverbindungen]]

== Schweißverfahren ==
Eine allgemeine Übersicht über Schweißverfahren mit den zugehörigen Begriffen enthält [[DIN]] 1910. Die Auswahl des Schweißverfahrens hat bereits im Entwicklungsstadium zu erfolgen, wobei technische und wirtschaftliche Gesichtspunkte berücksichtigt werden müssen. Mitentscheidend sind dabei die Güteanforderungen, der Werkstoff, die Bauteil-Größe bzw. -Dicke und die Betriebseinrichtungen.

Wirtschaftliche Bedeutung haben heute folgende Verfahren:

*[[Lichtbogenhandschweißen]]
*[[Schutzgasschweißen(MIG, MAG, WIG)]]
*[[Unterpulverschweißen]]
*[[Bild:UP Schweißen.jpg]]
*[[Gasschmelzschweißen]]
*[[Elektrisches Widerstands-Schweißen = Press-Schweißen]]
*(Stumpf-, Punkt-, Rollennaht-Schweißung)
*[[Kunststoffschweißen]]

=== Auswahl des Schweißverfahrens ===
Folgende Kriterien müssen bei der Auswahl des Schweißverfahrens in Betracht gezogen werden:

*Wirtschaftlichkeit (eng verknüpft mit der Automatisierbarkeit)
*Schweißposition (manche Verfahren nur für Wannenposition)
*Qualität (Durchschweißung, Dichtheit), eng verknüpft mit der Festigkeitsanforderung
*Festigkeitsanforderung

== Grundsätze ==
Beim Entwurf einer Schweißkonstruktion sind folgende Fragen zu beantworten:

*Welche Aufgabe soll die Konstruktion erfüllen?
*Welche Belastungen treten auf?
*Welche Werkstoffe kommen in Frage?
*Welches Schweißverfahren kann angewendet werden?
*Welche Qualität muss gefordert werden?

== Gestaltungseinflüsse ==
Folgende Faktoren beeinflussen die Gestaltung von Schweißkonstruktionen:

*Art der Belastung: ruhend, schwingend, schwellend, wechselnd
*Art der Beanspruchungen: Zug, Druck, Biegung, Torsion
*Äußere Einflüsse: Temperatur, Korrosion, Verschleiss
*Art des Schweißverfahrens: Hand, Automat

=== Fertigungsgerechtes Planen ===
*So wenig wie möglich schweißen (Walz- und Abkantprofile anwenden).
*Einfache Nahtformen (Kehlnähte) anstreben.
*Auf gute Zugänglichkeit achten.
*Schweiß-Nähte nicht in Passflächen legen (keine Nachbearbeitung).
*Wenn immer möglich, Hochleistungs-Schweißverfahren anwenden.
*Toleranzen nicht enger als erforderlich wählen und ausreichend Bearbeitungszugaben vorsehen.
*Auf gute Prüfmöglichkeit achten (Stumpfnaht).

== Werkstoffwahl ==
Bei der Auswahl des Werkstoffes ist dessen Schweißeignung im Zusammenhang mit dem Verfahren zu überprüfen. Folgende Faktoren beeinflussen die Schweißeignung:

=== Chemische Zusammensetzung ===
Die chemische Zusammensetzung bestimmt die

*Aufhärtungsneigung
*[[Sprödbruchneigung]]
*Alterungsneigung
*Heißrissneigung
*Schmelzbadverhalten.

=== Metallurgische Eigenschaften ===
Die metallurgischen Eigenschaften sind bestimmend für die

*Gefügeausbildung
*Korngröße
*[[Seigerungen]]
*Einschlüsse

=== Physikalische Eigenschaften ===
Die physikalischen Eigenschaften

*Schmelzpunkt
*Wärmeleitfähigkeit
*E-Modul, Querkontraktionszahl
*Festigkeit
*Fliessgrenze

sind verantwortlich für die

*Eigenspannungen
*Verzug
*Schrumpfung

Hinweise zur Schweißbarkeit der Werkstoffe siehe [[DIN]] 8528 T1.

[[Wärmebehandlung von Stahl]]

== Schweißzusätze ==
Grundsätzlich gilt die Forderung „Artgleich“ zu schweißen. Die Chemische Zusammensetzung des Schweißzusatzwerkstoffes weicht jedoch von der des Grundwerkstoffes ab, besonders wenn diese höher legiert sind, um den Abbrand von Legierungs-Elementen zu kompensieren (zwischen Grundwerkstoff und Schweißgut).

Wichtig ist die Beachtung der Rissgefahr beim Schweißen:

Es ist ein Schweißzusatz zu verwenden, der der Rissgefahr beim Schrumpfen entgegenwirkt. Dies passiert durch die Zugabe von so genannten Keimbildnern (z.B.: Ti, Cr, Mn).
Die Gefahr der Rissbildung ist besonders bei aushärtbaren Legierungen der Fall, weil diese wenig Korngrenzen – Eutektikum haben. Der Nachteil kann durch den Zusatz höher legierter Schweißzusätze ausgeglichen werden, die nicht aushärtbar sind.

=== Normung ===
Die Zusatzwerkstoffe sind in den Normen erfasst:

*Gasschweiß-Stäbe: [[DIN]] 8554
*Umhüllte Stabelektroden: [[DIN]] 1913
*Feinkornbaustähle: [[DIN]] 8529
*nichtrostende und hitzebeständige Stähle: [[DIN]] 8556
*warmfeste Stähle: [[DIN]] 8575
*Aluminium: [[DIN]] 1732

=== Farbkennzeichnung ===

Um eine Verwechslung unter Schweißstäben und – Drähten auszuschließen, ist deren Kennzeichnung erforderlich. Ausgenommen hiervon sind einige Sorten von untergeordneter Bedeutung, die in der Farbzeichnungstabelle nicht aufgeführt sind.

Auf der Spule oder an einem Stabende, an dem nicht geschweißt wird, bezeichnet eine etwa 20mm Farbmarkierung die jeweilige Hauptgruppe des Werkstoffes entsprechend dem Basismetall. Soweit erforderlich, ist zur weiteren Unterscheidung die Farbe für eine Untergruppe innerhalb der jeweiligen Legierung festgelegt.
Die 5 in Betracht kommenden Hauptgruppen unterscheiden sich durch folgende Farben.
*Stahl- und Eisenlegierungen / verschiedene Hauptfarben, verschiedene Nebenfarben.
*Nickel- und Kobaltbasislegierungen / Hauptfarbe Blau und Lila, verschiedene Nebenfarben.
*Aluminium-Legierungen / Hauptfarbe Grün, verschiedene Nebenfarben.
*Magnesium-Legierungen / Hauptfarbe Gelb, verschiedene Nebenfarben.
*Titan- und Titanlegierungen / Hauptfarbe Schwarz, verschiedene Nebenfarben.

== Darstellung ==
Die Darstellung der Schweißnähte auf Fertigungszeichnungen wird durch diverse Normen geregelt. Dabei werden Nahtform, Güte, Schweißverfahren etc. eindeutig festgelegt. Man spricht hier von "schweißgerechtem Konstruieren".

[[Bild:Unbenannt.JPG]]

== Sicherheit ==
*Spalten und offene Hohlräume vermeiden (Korrosionsgefahr).
*Bei Schweißteilen, welche einer Glühbehandlung unterzogen werden, sind Hohlräume unbedingt zu öffnen (Explosionsgefahr).
*Schweißnähte nicht an höchstbeanspruchte Stellen legen.
*Kraftangriffspunkt in Schwerachse des Querschnittes, um Biegung zu vermeiden.
*So wenig wie möglich schweißen (Walz- und Abkantprofile anwenden).
*Einfache Nahtformen (Kehlnähte) anstreben.
*Auf gute Zugänglichkeit achten.
*Schweiß-Nähte nicht in Passflächen legen (keine Nachbearbeitung).
*Wenn immer möglich, Hochleistungs-Schweißverfahren anwenden.
*Toleranzen nicht enger als erforderlich wählen und ausreichend Bearbeitungszugaben vorsehen.
*Auf gute Prüfmöglichkeit achten (Stumpfnaht).

== Berechnungen ==

Auf analytischem Wege ist es nicht möglich die genauen Maximalspannungen in einer Schweissnaht zu berechnen. Mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) ist es möglich, relativ genau die Spannungsspitzen in einer Schweissnaht zu bestimmen. Da die örtlich im Schweissgut und vor allem in der wärmebeeinflussten Zone ertragbaren Beanspruchungen nicht bekannt sind, hilft jedoch auch dies nicht viel weiter.

Die Berechnung einer Schweissnaht basiert daher immer auf der Bestimmung einer theoretischen Nennspannung in der Schweissnaht oder in der wärmebeeinflussten Zone daneben. Die ertragbare Nennspannung für statische und dynamische Lastfälle wird in Versuchen an Probekörpern mit der entsprechenden Schweissnaht-Ausführung und -Güte ermittelt. Die zulässige Nennspannung wird dem Einsatz und der Qualität entsprechend nach Erfahrung festgelegt.

In einer Schweissverbindung können Normalspannungen und Schubspannungen unterschiedlicher Orientierung auftreten: Normalspannung quer, Normalspannung längs (parallel), Schubspannung quer, Schubspannung längs. Die ertragbare Beanspruchung ist für diese Spannungskomponenten unterschiedlich, die Ermittlung einer Vergleichsspannung empfehlenswert, ihre Genauigkeit ist aber sehr mangelhaft.

Die Punktschweissverbindung sollte auf Scherung belastet werden, Kopfzug, Schälen und Torsion eines Einzelpunktes sind zu vermeiden.

Bei der statischen Scherbelastung wird die Schub-Nennspannung im Schweisspunkt gerechnet. Diese darf maximal 65% der zulässigen Normalspannung sein (im Stahlbau gemäss DIN 18800). Ausser der Scherspannung wird die Lochleibung an einem virtuellen Bolzen überprüft.

Für dynamisch beanspruchte Punktschweissverbindungen sind die Merkblätter DVS 2902 T3, DVS 2923 und DVS 2906 der DB heranzuziehen, in der Luft- und Raumfahrt ist die DIN 29878 anzuwenden.

== Fragen ==
*1. Wann werden im Maschinenbau Schweißverfahren eingesetzt?
*2. Was genau ist eine Kehlnaht?
*3. Nenne 3 Vorteile die das Schweißen hat.
*4. Nenne 3 Nachteile die das Schweißen hat.
*5. Nenne 3 Sicherheitskriterien auf die man beim Schweißen achten muß.

Lösungen hier: [[ Schweißverbindungen: Antworten ]]

== Literaturhinweise ==
*Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag 17. Aufl. 2005, ISBN 3-528-17028-X, € 34,90.
*Maschinenelemente, Band I, G. Niemann, 2. Auflage 1981, Springer-Verlag
*AD-Merkblätter, TÜV, Heymanns-Verlag und Beuth-Verlag
*Schweißtechnisches Konstruieren und Fertigen, Volkmar Schuler, Vieweg-Verlag

== Links ==
*[http://www.dvs-ev.de /www.dvs-ev.de]
*[http://www.fronius.com/schweisstechnik/focus.schweissen/ www.fronius.com]
*[http://www.airliquide.de/loesungen/business/schweissen-schneiden/ www.airliquide.de]
*[http://www.heimwerker-webverzeichnis.de/003,001,022.htm www.heimwerker-webverzeichnis.de]

--[[Benutzer:Anthony|Anthony]]

[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]]
[[Kategorie:Fertigungstechnik]]

Benutzer:Talea

2006-02-25T11:46:42Z

Talea:

== Member of the "Bierpokemons" ==

Name: Britta

Beruf: Technische Zeichnerin

Ausbildungsfirma: STILL GmbH

Klasse: [[Fachschule Maschinentechnik]] bzw. Techniker für Maschinentechnik in Teilzeitform

meine Artikel:
[[Klebverbindungen]]

mein Arbeitgeber:
http://www.wassermann-dental.com

Wir bilden aus zum Feinmechaniker.

Hobbies: dazu bleibt leider wenig Zeit, aber wenn Zeit ist, dann lesen, [http://www.tivoli.de Theaterbesuche], und etwas [http://www.sv-altengamme.de Sport].

Buchtipps:
*Eine Billion Dollar. Bastei-Lübbe Taschenbücher, Band 15040 Roman von Andreas Eschbach

ISBN: 3-404-15040-6

Stilrichtung: Thriller
[[Bild:Eine Billion Dollar.jpg]]

*Alle Robotergeschichten. Bastei-Lübbe Taschenbücher, Band 24082 von Isaac Asimov

ISBN: 3-404-24082-0

Stilrichtung: Science-fiction
[[Bild:Robotergeschichten.jpg]]

2006-02-18T10:47:51Z

Talea: /* Anwendung */

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 ''Fertigstellung bald™''
[[Bild:Baustelle.gif]]
<includeonly>All rights reversed - reprint what you like.
Sprich: bei Quellenangabe freie Verwendung.</includeonly>
----

[[Bild:Nietverbindung1.jpg|thumb|Viaduktträger Abb.1.1.]]
== Allgemeines ==
=== Prolog Einführung und Umgang mit diesem Artikel ===

Dieser Artikel entsteht im Zusammenhang der Techniker-Ausbildung an der [http://bbs-winsen.de/bbs_dt/schform/fs_techn/fs_teakt.htm BBS-Winsen]

<includeonly>Umgang mit diesem Artikel und den Übungsaufgaben...(Vorgehensweise und Lernziele/Abgrenzung/Erwartung)</includeonly>

Im [[Nietverbindungen#Download|Download]] Bereich befindet sich eine Offline-Version des Artikels.

=== Was ist eine Nietverbindung? ===
Nieten ist ein [[Fügen]] ([[DIN]] 8593-0) durch [http://de.wikipedia.org/wiki/Umformen Umformen]([[DIN]] 8580) eines Verbindungselements, wobei eine i.allg.(<-[[Abkürzungen| Abkürzung]]) unlösbare und zumindest bei hoher Belastung formschlüssige tragende Verbindung entsteht.

Hinsichtlich der Verwendung, Berechnung und Ausführung unterscheidet man die Nietverbindung in:
* "Feste Verbindung" im Stahlhochbau, Kranbau und Brückenbau bei Trägerschlüssen und Knotenpunkten.
* "Feste und dichte Verbindung" im Kessel- und Druckbehälterbau.
* "Vorwiegend dichte Verbindungen" im Behälterbau bei Silos und Rohrleitungen.
* "Haftverbindungen" für [[Blech]]verkleidungen im Karosserie-, Waggon und Flugzeugbau.

==== Vor- und Nachteile ====
Nieten bietet gegenüber [[Schrauben]] den Vorteil, dass in keines der Bauteile ein [[Gewinde]] eingebracht werden muss. Der Nachteil jedoch ist, dass die Verbindung nicht zerstörungsfrei zu lösen ist. Dieser "Nachteil" ist jedoch in einigen Bereichen der wichtigste Vorteil dieser Fügetechnik, eben dort wo es auf unlösbare Verbindungen ankommt. U.a. dient es auch der Verhinderung von Vandalismusschäden, hier benötigt man schon eine Bohrmaschine oder einen Winkelschleifer, um die Verbindung wieder zu trennen. Hierzu gehört unter anderem der Flugzeugbau, bei dem Nietverbindungen die wesentliche Grundlage der Strukturbauteile darstellen. Die Oberflächen der zu fügenden Teile stellen sich bei einer Vernietung besser dar, was dazu führt, dass ein besseres [http://de.wikipedia.org/wiki/Strömung Strömungsverhalten] auftritt. Im Gegensatz zu [[Schraubenverbindungen]], welche durch komplexe Messungen ([[Drehmoment]] u. ä.) überprüft werden müssten, ist eine kraftschlüssige Nietverbindung optisch und ohne Messaufwand an dem geformten Schließkopf zu erkennen. Bei Warmnieten schrumpft der Niet zusammen und presst die [[Fügen| gefügten]] Teile zusammen. Beim Schrumpfen wird der Nietschaft erheblich gespannt und auf Zug beansprucht.

<div align="center">
{| width="40%" {{}}
|-
!colspan="2" style="background-color:#ffdead;" | '''Wissenstandsabfrage 1: '''

<includeonly>☺⌘D</includeonly>
'''Welche Art von Nietverbindungen kann man unterscheiden?'''

[[Nietverbindungen_L%C3%B6sungen#L.C3.B6sung_1|Lösung 1]]
|-
|}</div>
{{Sprungmarke Nietverbindungen}}

=== Bauarten/Nietform ===

[[Bild:Niet12.JPG]]
''Abb.1.2.''

Siehe auch[[Nietverbindungen#Normung| Normung]] am Ende dieses Artikels.

<gallery>
Bild:Blindniet.JPG|''' Blindniet: ''' ''Abb.1.3.''
Bild:PopSchnitt.jpg|''' Blindniet im Schnitt: ''' ''Abb.1.3.1.''
Bild:Blindeinnietmuttern.JPG|'''Eine Sonderform stellt die Blindeinnietmutter (DIN / ISO:90402) dar:''' ''Abb.1.4.''
Bild:Nietauswahl.jpg|'''Sammelsurium von Nietformen:''' ''Abb.1.5.''
</gallery>

{{Sprungmarke Nietverbindungen}}

----
=== Werkzeuge ===

<gallery>
Bild:Setzkopf.jpg|'''Unterschiedliche Setzkopfsetzer mit Gegenhalter''' ''Abb.1.6.''
Bild:Setzkopf2.1.jpg|'''Setzkopfsetzer mit Gegenhalter''' ''Abb.1.7.''
Bild:Einniet1.jpg|'''Einnietwerkzeug zur Befestigung von Blindeinnietmuttern (DIN / ISO: 90402)''' ''Abb.1.8.''

Bild:Einniet2.jpg|''Werkzeug im Montagefertigem Zustand'' ''Abb.1.9''
Bild:Einniet3.jpg|'''Blindeinniet Betätigungswerkzeug zum Einbringen der Blindeinnietmutter in einem begrenzten Arbeitsraum z.B. vertiefte Stellen in einem Kfz.''' ''Abb.2.''<includeonly>☺⌘D</includeonly>
Bild:Popnietzange.jpg|'''Popnietzange, sehr gut zu sehen die unterschiedlichen Einsätze für die Popniete''' ''Abb.2.1.''
</gallery>

<div align="center">

{| width="40%" {{}}
|-
!colspan="2" style="background-color:#ffdead;" | '''Wissenstandsabfrage 2: '''

'''Nenne drei Werkzeuge zum Verarbeiten von Nieten'''

[[Nietverbindungen_L%C3%B6sungen#L.C3.B6sung_2|Lösung 2]]

|-
|}</div>

{{Sprungmarke Nietverbindungen}}

== Einsatzgebiet ==

=== Anwendung ===

Definition:
Die Nietverbindung ist eine [[formschlüssige Verbindungen|formschlüssige Verbindung]] zweier oder mehrer Bauteile durch ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Plastizität plastisch] verformtes, zylindrisches Verbindungselement. Durch diese Bauteile wird der Niet hindurch geschoben, so dass der eigentliche Niet über diese Bauteile hinaus steht. Anschließend wird das überstehende Ende des Niets durch Bearbeiten mit dem Hammer zu einem Kopf (dem so genannten Schließkopf) geformt, der die Bauteile sicher verbindet. Der dem Schließkopf gegenüber liegende Teil des Nietes heißt Setzkopf, der Teil dazwischen Nietschaft. <includeonly>☺⌘D</includeonly>
Ausnahmen gab es früher bei geschlossenen Bauteilen, hier wurden Sprengnieten verwenden. Diese besaßen im Bereich des Setzkopfes eine [[Treibladung]], die durch Einbringung von Wärme gezündet wurde.
Des Weiteren gibt es Blindnieten (Popnieten), die mechanisch oder pneumatisch gesetzt werden.

Zum Schließen der Niete gibt es ein spezielles Werkzeug, den sog. Döpper (Pneumatikhammer, der eine stetige rotatorische Bewegung ausführt) und Werkzeuge wie z.B. "Nietenzange" oder pneumatisch betriebenem [http://www.furka-bergstrecke.ch/chur_bilder/woche0423/rauchkammer_nieten_04l.jpg "Niethammer"] und dem "Gegenhalter".

<div align="center">
{| width="40%" {{}}
|-
!colspan="2" style="background-color:#ffdead;" | '''Wissenstandsabfrage 3: '''

'''Hier kommt bald eine neue Frage ;-) '''

[[Nietverbindungen_L%C3%B6sungen#L.C3.B6sung_3|Lösung 3]]

|-
|}</div>

=== Verwendung ===

Im [http://de.wikipedia.org/wiki/Flugzeugbau Flugzeugbau] bzw. [http://de.wikipedia.org/wiki/Leichtbau Leichtbau] finden Nieten heute noch eine große Verwendung.

Sie sind oft zu sehen an Brücken und an Brückenkonstruktionen.

{{Sprungmarke Nietverbindungen}}

== Hersteller ==

=== Lieferanten ===

[http://www.kat-de.peco-germany.com/ni/ni-sp/ni-sp-01/ni-sp-01.html Plastik Spreizniet]

[http://www.miederhoff.de/de/core.php?mod=products&step=list&cat=05&seite=1 Hersteller Miederhoff]

Hier findet man eine Herstellersuchmaschine:
[http://www.herstellerseite.de/stage/ Herstellersuchmaschine]
=== Kosten ===

Ein Kostenvergleich zwischen einem Niet und einer Schraube ist von geringer Aussagekraft, da es sich um unterschiedliche Verbindungselemente handelt. Wenn man den Vergleich drauf reduziert, dass man sagt, man möchte nur einmal etwas miteinander Verbinden, ohne es später ein mal wieder zu lösen und die geforderte Beanspruchung gleich ist, so kann man eine Aussage zum Verhältnis treffen. Nur unter diesen [[Bedingung]]en ist ein Niet bei gleichem [[Werkstoffl]] billiger. Vom Arbeitsaufwand aber in solcher Situation ähnlich zu einer Schweißnaht. Siehe u.a. [[Schweißverbindungen]]

== Dimensionierung ==

[[Bild:NietBez..jpg]]
''Abb.2.2.''

'''Niet- und Nietlochdurchmesser'''
In [[Abhängigkeit]] von der kleinsten zu verbindenden Blechdicke "t" wird im Stahlbau der
Rohrnietdurchmesser auch nach der Gebrauchsformel gewählt:
[[Bild:Formel1.jpg]]

'''Nietlänge'''
Der Rohniet muss so lang sein, dass genügend Werkstoff zum Füllen des Nietloches und Schließkopfes vorhanden ist. Bei üblichem Lochdurchmesser ergibt sich die Rohnietlänge aus:'' lü = ∑t + lü '';

''lü'' = Überstand; man wählt bei einem Schließkopf als:
- Halbrundkopf: Bei Maschinennietung [[Bild:Formel3.jpg]]
bei Handnietung [[Bild:Formel4.jpg]]
- Senkkopf : [[Bild:Formel5.jpg]]
''siehe Abb.2.2.''

Je größer die Klemmlänge, umso größer ist der Überstand [[Bild:Formel6.jpg]] zu wählen bzw. das [http://www.bauwerk-verlag.de/baulexikon/index.shtml?LOCHSPIEL.HTM Lochspiel] zu verkleinern, um damit das größere Lochvolumen auszufüllen.

=== Auslegung ===
Bei Warmnieten schrumpft der Niet zusammen und presst die gefügten Teile zusammen. Beim Schrumpfen wird der Nietschaft erheblich gespannt und auf Zug beansprucht. Da die Schrumpfspannung der Nietlänge [http://www.wissen.de/xt/default.do?MENUNAME=Suche&SEARCHTYPE=topic&query=Proportional proportional] ist, soll die Klemmlänge [[Bild:Formel.jpg]] sein. Wo Stahlniete mit d1 > 10 mm verwendet werden, muss man i. allg. vor dem Nieten auf Hellrotglut erwärmt werden. Kleiner Stahlniet sowie Leichtmetall-, Messing- und Kupferniet werden kaltgeschlagen.

=== Berechnung ===
==== Tragfähigkeit der Niete ====
Schwieriger als bei ebenen Flächen sind die Pressungsverhältnisse an der Oberfläche eines zylindrischen Nietschaftes.
Die Flächenpressung ist in Belastungsrichtung am größten (''p'' ''max'') und nimmt nach den Seiten hin bis auf Null ab. Vereinfacht betrachtet rechnet man mit einem [[Mittelwert]] ''p'' der Flächenpressung. Dazu denkt man sich die [[Kraft]] ''F'' gleichmäßig über die projizierte Fläche ''A proj'' des Niet verteilt.[[Bild:Aproj1.jpg|thumb|''Abb.2.5.'']][[Bild:Aproj.JPG]] ''Abb.2.3.''

Die Flächenpressung (siehe [[Tabellenbuch| TAB]] S. 45) am Nietschaft wird ''Lochleibungsdruck'' σl genannt. Er ist abhängig von der aufzunehmenden Kraft ''F'', von der projizierten Schaftfläche ''A proj = d1s'' eines Nietes.
[[Bild:Flächenpressung.jpg]]''Abb.2.4.''

'''Berechnungsbeispiel'''

[[Bild:751.jpg]] ''Abb.2.6.''

Aufgabe:
Die einschnittige Nietverbindung hat mit zwei Nieten eine Zugkraft ''F= 30 kN '' aufzunehmen.

'''Gesucht:'''
<table border = 2 cellpadding = 2>
<tr><td>a) der Nietdurchmesser ''d1 '' des geschlagenen Nietes (=Lochdurchmesser), wenn die zulässige Abscherspannung 140 N/mm2 beträgt.

b) der vorhandene Lochleibungsdruck ''s ''= 8 mm

c) die Breite ''b '' der Flachstähle (ohne Berücksichtigung des außermittigen Kraftangriffs), wenn die zulässige Spannung 140 N/mm2 nicht überschritten werden darf.
</td>
</table>

<div align="center">
{| width="40%" {{}}
|-
!colspan="2" style="background-color:#ffdead;" | '''Lösung: '''
<includeonly>☺⌘D</includeonly>

'''Zu a); b) und c) '''

[[Nietverbindungen_L%C3%B6sungen#L.C3.B6sung_4|Lösung ]]
|-
|}</div>

{{Sprungmarke Nietverbindungen}}

===== Sicherheit =====

=== Werkstoff ===

Bei den Werkstoffen besitzt man die freie Wahl, es gibt fast alle Nietformen in fast allen Materialien die man benötigt. Hier beginnt die [[Bandbreite]] vom [http://de.wikipedia.org/wiki/Aluminium Aluminium] über [http://de.wikipedia.org/wiki/Kunststoff Kunststoff] bis hin zum Niet aus [http://de.wikipedia.org/wiki/Vanadium Vanadium]/-[[Legierung]]en bzw. bei Bedarf mit einem Oberflächenschutz.

Zu achten ist immer auf die Festigkeitswerte, des zu verwendenden Materials. Ein weiteres Augenmerk sollte in Hinblick auf das [http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Spannungsreihe Elektrochemische Spannungsreihe]/diagramm erfolgen um eine Zerstörung zu vermeiden. Gleiche Werkstoffwahl führt auch zu einer gleichmäßigen Wärmeausdehnung.

==== Masse ====

== Normung ==

[[Bild:SammlungDIN.jpg|thumb|[[DIN Übersicht Abb.2.8.]]]]

Kleine Übersicht der [[DIN]] Normung Niet. Zum Vergrößern auf das Bild klicken

{{Sprungmarke Nietverbindungen}}

=== Toleranzen ===

== Anhang ==
=== Quellenangabe ===

Internet:

Zur Weiterleitung auf das Bild klicken sofern kein Link dargestellt ist.

http://www.google.com/images/logo_sm.gif [http://www.google.de google]
<includeonly>☺⌘D</includeonly>

{{Link-Bild-ex| Bild=Wiki.jpg | Breite=100px | Höhe=120px | Link=http://de.wikipedia.org/wiki/Hauptseite}}

Fachbücher:

Der Dubbel Taschenbuch für den Maschinenbau ISBN: 3-540-22142-5
Bezugsquelle: [http://www.springer.com/sgw/cda/frontpage/0,11855,1-195-22-33975183-0,00.html Springerverlag] oder schaut mal bei [http://www.Ebay.de Ebay]

http://www.springer.com/sgw/cda/content/image/cda_displayimage/0,11855,0-0-16-114218-0,00.jpg

*Roloff/Matek: [[Maschinenelemente]], Lehrbuch und [[Tabellenbuch]], Vieweg Verlag 17. Aufl. 2005, ISBN 3-528-17028-X, € 34,90.
*Roloff/Matek [[Maschinenelemente]] Formelsammlung, Vieweg Verlag 7., Aufl. 2003. ISBN 3-528-64482-6, € 20,90.
*Bezugsquelle: [http://www.roloff-matek.de/ Roloff Matek] [http://www.vieweg.de/index.php;sid=13/site=v/do=show/isbn=3-528-17015-8 Vieweg Verlag]

http://www.vieweg.de/images/shop/medium/3-528-07028-5.jpg

*Mechanik und Festigkeitslehre von Alfred Böge, 20. Auflage, Viewg Verlag, ISBN 3-528-74010-8

[[Bild:Boege Mechanik-und-Festigkeitslehre.gif]]

*[[Tabellenbuch]] Metall, 43. Auflage. Europa Verlag, ISBN 3-8085-1673-9, € 20,90.

*[[Spezial:Booksources| Buchhändler]] suche über die [[ISBN-Nummer| ISBN-Nr.]]

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=== Abbildungsverzeichnis ===

Abbildung

*Abb. 1.1. Ausschnitt Viadukt einer Bahntrasse mit den gut sichtbaren Nietverbindungen
*Abb. 1.2. Div. Nietformen in einer Schnittdarstellung mit der zugehörigen DIN
*Abb. 1.3. Blindniet (Popniete) in einer Schnittdarstellung, sehr gut zu sehen die Funktionsübernahme des Dornes
*Abb. 1.4. Blindeinnietmutter in einer Schnittdarstellung, gut zu sehen wie ein Gewinde z.B. in ein dünnes Blech realisiert werden kann.
*Abb. 1.5. Div. Nietformen aus unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen Setzkopfgrößen
*Abb. 1.6. Unterschiedliche Setzkopfsetzer mit Gegenhalter, die Variation liegt in dem Durchmesser der Setzkopfmulde
*Abb. 1.7. Gute Darstellung des Verformungsbereich
*Abb. 1.8. Einnietwerkzeug zur Befestigung von Blindeinnietmuttern. Zu sehen sind die Werkzeuge separat (Innensechskantschlüssel, Ratsche und Aufnahme für die Einnietmutter)
*Abb. 1.9. Werkzeuge im Montagefertigen Zustand.
*Abb. 2.0. Auch ein Einnietwerkzeug, es basiert auf dem gleichen Prinzip doch in einer anderen Umsetzung um den Anwendungszweck leichter zu erfüllen.
*Abb. 2.1. Popnietzange (Mechanisch), zu sehen sind die unterschiedlichen Einsätze für den Nietdorndurchmesser
*Abb. 2.2. Geschlagener Niet im Schnitt mit Bez.
*Abb. 2.3. Bild zur Flächen Erklärung eines Niet
*Abb. 2.4. Bild, Formel Lochleibungsdruck
*Abb. 2.5. Erläuterung zur Flächenpressung
*Abb. 2.6. Bild zum Berechnungsbeispiel, verlappte Bleche mit zwei Nieten, Belastung Seitlicher Zug einschnittig
*Abb. 2.7.
*Abb. 2.8. Normungstabelle des unterschiedlichen Nietes
*Abb. 2.9.
*Abb. 3.0.

=== Download ===

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=== Epilog ===

Wenn Ihr Euch die Zeit genommen habt diesen Artikel zu Lesen. Wäre es des Dankes Lohn, wenn Ihr nicht gleich wieder alles vergessen werdet, so hat sich die Arbeit an diesen Artikel gelohnt.

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[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]]
[[Kategorie:Fertigungstechnik]]

Lötverbindungen

2006-02-18T10:45:15Z

Talea: /* Übungsaufgabe 2: */

[[Bild:StartLöten2.jpg||center]]

==Allgemeines==
Löten ist, wie [[Klebverbindungen| Kleben]] und [[Schweißverbindungen| Schweißen]], ein Verfahren um [[stoffschlüssige Verbindungen ]] herzustellen. Beim Löten lassen sich fast alle Metalle auf Stahl-, Kupfer- und Nickelbasis sowie Edelmetalle miteinander verbinden und beschichten.

'''Frage: Was versteht man unter stoffschlüssigen Verbindungen?'''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#Was_versteht_man_unter_stoffschl.C3.BCssigen_Verbindungen.3F|Antwort 1]]

===Vorteile von Lötverbindungen===

*Lötstellen sind gut elektrisch leitfähig

*Lötverbindungen sind größtenteils dicht gegen Gase und Flüssigkeiten

*Durch niedrige Arbeitstemperaturen wird der Werkstoff kaum geschädigt

*Lötvorgänge lassen sich je nach Verfahren automatisieren

*Bauteile werden nicht durch Bohrungen geschwächt, wie z.B. bei [[Nietverbindungen|Niet-]] und [[Schraubenverbindungen|Schraubverbindungen]]

*Auch schwer erreichbare Verbindungsstellen lassen sich gut Löten

*Es lassen sich mehrere Lötverbindungen gleichzeitig an einem Werkstück herstellen

*Es lassen sich unterschiedliche Werkstoffe miteinander verbinden

===Nachteile bei Lötverbindungen===

*Die Festigkeit von Lötverbindungen ist geringer als die von [[Schweißverbindungen]]

*Lötverbindungen sind im Bezug auf [[Schweißverbindungen]] aufwendiger in der Vorbearbeitung

*Flussmittelreste können zu chemischer Korrosion der Verbindung führen

*Größere Lötstellen benötigen viel des meist teuren Lotes, das meist aus Zinn oder Silber besteht

*Nach dem Löten ist kein Ausrichten mehr möglich

*Für eine stabile Lötverbindung ist fast immer eine Überlappung erforderlich.

'''Frage: Warum ist Löten gerade in der Elektroindustrie interessant?'''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#Warum_ist_L.C3.B6ten_gerade_in_der_Elektroindustrie_interessant.3F|Antwort 2]]

== Funktion ==
=== Legierungsbildung ===
Entscheidend für das Löten ist das Benetzen des Grundwerkstoffs mit Lot. Das Lot verflüssigt sich, breitet sich aus und haftet nach dem Erstarren an der Oberfläche des Werkstücks. Im Gegensatz zum Schweißen wird beim Löten nicht der Grundwerkstoff geschmolzen, sonder nur das Lot als Zusatzstoff.
Voraussetzung für das Benetzen der Oberfläche ist eine metallisch reine Oberfläche und die Arbeitstemperatur. Beim Benetzen der Oberfläche läuft eine Legierungsbildung zwischen dem Grundwerkstoff und dem Lot ab. Das Lot [[Diffusion|diffundiert]] in den Grundwerkstoff, der wiederum in die Lotschicht. Das bedeutet, das sich kleinste Partikel des jeweiligen Stoffes in den anderen einlagern, wodurch eine Legierung entsteht. Die Tiefenausdehnung der Diffusionszone ist für die Festigkeit der Lötung entscheidend.
[[Bild:Diffusion 2.JPG]]

'''Frage: Was versteht man unter Diffusion?'''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#Was_versteht_man_unter_Diffusion.3F|Antwort 3]]

=== Kapillarwirkung ===
Flüssiges Lot besitzt genauso wie Wasser die Eigenschaft, sich in enge Spalten zuziehen. Diese Eigenschaft wird Kapillarwirkung genannt. Hierbei besteht zwischen Steighöhe des Lotes und Spaltbreite der Fuge ein direkter Zusammenhang. Je enger die Spaltbreite, desto höher zieht sich das Lot.

[[Bild:Kapillarer Fülldruck.jpg]]http://www.jbk.ch/lap/images/physik/physik-statik-druck1.gif

'''Frage: Welche Lötspaltbreite ist optimal?'''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#Welche_L.C3.B6tspaltbreite_ist_optimal.3F|Antwort 4]]

==Temperaturen beim Löten==
===Schmelzbereich des Lotes===
Der Temperaturbereich vom Beginn des Schmelzens (Solidustemperatur) bis zur vollständigen Verflüssigung (Liquidustemperatur)wird als Schmelzbereich des Lotes bezeichnet.

===Arbeitstemperatur===
Die Arbeitstemperatur ist die niedrigste Temperatur, die an den Berührungsflächen zwischen Lot und Werkstück herrschen muss, damit das Lot sich ausbreitet, fließt und am Grundwerkstoff binden kann.

Die Arbeitstemperatur ist immer höher als die Solidustemperatur. Sie kann gleich sein mit der Liquidustemperatur, aber auch darüber oder darunter liegen.

===Maximale Löttemperatur===
Die maximale Löttemperatur ist die Temperatur, oberhalb der das Lot oder das Werkstück oder das Flussmittel geschädigt wird. Der Bereich der Löttemperatur wird nach unten hin durch die Arbeitstemperatur und nach oben hin durch die maximale Löttemperatur begrenzt.

===Wirktemperatur===
Unter dem Wirktemperaturbereich versteht man den Temperaturbereich, innerhalb dessen ein Flussmittel oder Lötschutzgas das Benetzen von Werkstücken durch flüssige Lote ermöglicht.

'''Frage: Was versteht man unter Liquidustemperatur?'''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#Was_versteht_man_unter_Liquidustemperatur.3F|Antwort 5]]

==Einteilung der Lötverbindungen==
===Einteilung nach Löttemperaturen===
Das Löten ist nach DIN 8505-2 in drei Verfahrensgruppen einteilen:
*Weichlöten (WL)
*Hartlöten (HL)
*Hochtemperaturlöten (HTL)
Die Einteilung erfolgt nach der Liquidustemperatur.

''Weichlöten''
Beim Weichlöten (WL) liegt die Arbeitstemperatur unter 450°C. Weichlöten wird angewendet, wen an die Festigkeit keine großen Anforderungen gestellt werden, die Verbindungen aber dicht oder leitfähig sein sollen. Es wird mit Kolben, im Ofen oder mit Flamme gelötet.
Einsatzgebiet: Elektroindustrie, Kälteindustrie und bei Rohrverbindungen im Kalt- und Warmwasserbereich und für Gase.

''Hartlöten''
Die Arbeitstemperatur beim Hartlöten (HL) liegt oberhalb von 450°C. Mit Hartlötungen lassen sich Festigkeitswerte von bis zu 500N/mm² erreichen, wobei diese von der Art des Lotes sowie von der Gestaltung der Lötverbindung abhängt. Hartlotverbindungen werden mit Flamme oder durch Induktion gelötet.
Einsatzgebiet: Maschinenbau und Fahrzeugbau.

''Hochtemperaturlöten''
Beim Hochtemperaturlöten (HTL) wird ohne Flussmittel unter Luftabschluss gelötet. Es werden Loten verwendet, deren Arbeitstemperatur oberhalb von 900°C liegen. Das Lot wird in Form von Lotformteilen oder Lotpasten zugegeben. Als Wärmequelle dienen Durchlauföfen oder Vakuumöfen.
Einsatzgebiet: Luft- und Raumfahrt, Reaktortechnik.

'''Frage: In welchem Bereich liegt die Arbeitstemperatur beim Hartlöten?'''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#In_welchem_Bereich_liegt_die_Arbeitstemperatur_beim_Hartl.C3.B6ten.3F|Antwort 6]]

===Einteilung nach Lotzuführung===

'''Löten mit angesetztem Lot''': hierbei wird erst das Werkstück auf Arbeitstemperatur gebracht und dann wird das Lot durch Berührung mit dem Werkstück oder der Wärmequelle zum Schmelzen gebracht. Diese Art der Lotzuführung wird häufig beim Weichlöten und Hartlöten verwendet.

'''Löten mit an- oder eingelegtem Lot''': das Werkstück und eine abgemessene Menge Lot, welches meist in der Nähe des Lötspalts angebracht ist, werden gemeinsam auf Löttemperatur gebracht. Das eingelegte Lot wird als Lotformteil bezeichnet und wird der Form des Werkstücks angepasst.

'''Löten mit Lotdepot''': das Lotdepot ist eine Aussparung im Werkstück, in die vor der Erwärmung das Lot eingelegt wird. Das Lot wird zusammen mit dem Werkstück auf Arbeitstemperatur gebracht, wobei aber direkte Flammeneinwirkung auf das Lot, durch das Depot, vermieden werden. Der Fließweg des Lotes ist von innen nach außen, wobei das Flussmittel aus dem Lötspalt verdrängt wird.

'''Frage: Welche Art der Lotzuführung wird bei einer automatisierten Fertigung gewählt?'''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#Welche_Art_der_Lotzuf.C3.BChrung_wird_bei_einer_automatisierten_Fertigung_gew.C3.A4hlt.3F|Antwort 7]]

===Einteilung nach Art der Lötstelle===

Man unterscheidet zwei Arten : das Auftragslöten und das Verbindungslöten.

'''Auftragslöten'''
Beim Auftragslöten wird ein Werkstück durch ein Lot beschichtet

'''Verbindungslöten'''
Das Verbindungslöten wird durch den vorhandenen Lötspalt unterteilt in das Spaltlöten (Spaltbreite < 0,5mm) und das Fugenlöten (Spaltbreite > 0,5mm)

'''Spaltlöten''': Beim Spaltlöten ist der Lötspalt zwischen den Werkstücken kleiner als 0,5mm, durch die Kapillarwirkung dringt das Lot tief in den Lötspalt vor. Bei engem Lötspalt sind dünnflüssige Lote günstiger.

'''Fugenlöten''': Der Lötspalt beim Fugenlöten ist größer als 0,5mm oder die Lötstelle ist V- oder X- förmig erweitert, dadurch hat die Kapillarwirkung keinen Einfluss mehr. Fugenlöten wendet man bei Reparaturarbeiten an Stahl- oder Gussteilen.

'''Frage: Welches Verfahren wählt man, wenn man ein Rohr der Länge nach auf eine Platte löten würde?'''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#Welches_Verfahren_liegt_vor.2C_wen_man_ein_Rohr.2C_der_L.C3.A4nge_nach_auf_eine_Platte_l.C3.B6ten_w.C3.BCrde.3F|Antwort 8]]

==Auslegung / Gestaltung==
Damit bei gelöteten Bauteile die Lötsicherheit gewährleistet ist, müssen schon bei der Konstruktion eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden.

*Bei der Gestaltung von Lötverbindungen sollten ausreichend große Lötflächen (z.B. durch Überlappungen) vorsehen werden
*Im Lötstoßbereich sollte möglichst keine Biegebeanspruchungen, Spannungskonzentrationen oder geometrische Kerbwirkungseffekte auftreten
*Lötnähte sollten möglichst auf Schub beansprucht werden
*Die Gestaltung der Lötverbindung sollte so ausgelegt sein, das Rückstände von Fluss- und Lötstoppmitteln gut zu entfernen sind (Hohlräume)
*Die Oberflächen der Lötstellen sollten einen Mittenrauhwert von Ra ≤ 12,5μm aufweisen.
*Bei einem geschlossen Hohlraum muss ein Druckausgleich vorhanden sein (z.B. durch eine Entlüftungsbohrung)

In der unteren Zeichnung sind einige Beispiele für geeignete Lötkonstruktionen:
{|
|[[Bild:Lötkonstruktionen.JPG]]||'''Hinweise :'''

* Die Rechte Lötkonstruktion ist zweckmäßiger, da das Lot von innen nach außen Fließen kann, zusätzlich hat man die Kontrolle über den Füllgrad des Lötspalts. Das Flussmittel kann durch die Bohrung entweichen.

* Bei der rechten Lötverbindung wird die Festigkeit durch achsparallele Rändelspalte gesteigert. Durch den Einsatz des Lotdepots läst sich der Fließweg des Lotes halbieren.

*Durch das Umbördeln wird die Lötverbindung zugentlastet.

|}

'''Frage: Warum sollten Flussmittelrückstände von Lötstellen entfernt werden?'''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#Warum_sollten_Flussmittelr.C3.BCckst.C3.A4nde_von_L.C3.B6tstellen_entfernt_werden.3F|Antwort 9]]

==Beanspruchung==
Die zulässige Beanspruchung einer Lötverbindung hängt von mehreren Faktoren ab: vom Lot,
vom Grundwerkstoff, von den Vor- und Nachbehandlungen, von der konstruktiven Gestaltung sowie vom Lötspalt.

Bei einer Lötverbindung zwischen zwei Baustählen, die vorwiegend einer ruhenden Belastung ausgesetzt, ist kann man mit folgenden „Faustwerten“ rechnen :

Hartlötverbindung
*σlzul = σlB, / S ≈200N/mm²

*τlzul = τ lB / S ≈100N/mm²

Weichlötverbindung
*τlzul = τlB / S = 2N/mm²

Die Festigkeit von Hartlötverbindungen sinkt je nach Lot geringfügig bei Langzeitbelastungen gegenüber Kurzzeitversuchen, dabei haben die Betriebstemperatur und die Schwingspielzahl einen großen Einfluss. Durch ein begrenztes Nachwärmen während des Lötvorgangs läst sich die Festigkeit erhöhen.

Kurzzeitversuch bei Weichlötverbindungen zeigen Scherfestigkeitswerte von 25 bis 35N/mm², diese fallen aber bei längeren Belastungen und steigenden Temperaturen schnell ab. Die Scherspannung ist bei Dauerbeanspruchung auf 2N/mm² zu begrenzen.

== Berechnung ==
=== Stumpfstoßverbindungen ===
[[Bild:1FormelKomplett.JPG]] nach R/M 5.1
=== Überlappstoßverbindungen ===
[[Bild:2FormelKomplett.JPG]] nach R/M 5.2
=== Steckverbindungen ===
[[Bild:3FormelKomplett(b).JPG]] Scherspannung durch Schubbelastung nach R/M 5.3

[[Bild:4FormelKomplett.JPG]] Scherspannung durch Torsionsbelastung nach R/M 5.4

=== Übungsaufgaben ===
==== Übungsaufgabe 1: ====

Eine Kaltwasserleitung aus Kupferrohr 54 x 2 wird nach Skizze mit einer weich aufgelöteten Kappe verschlossen. Es ist zu prüfen, ob die Spaltlötverbindung für einen höchsten Wasser[[druck]] von 8 bar sicher ausgelegt ist.

[[Bild:Stopfen.jpg|center]]

'''Hier geht es zum ausführlichen '''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#.C3.9Cbungsaufgabe_1|Lösungsweg]]

==== Übungsaufgabe 2: ====

Zwei Bauteile aus S235 sollen so miteinander verlötet werden, dass sie eine Schubkraft (Zugscherkraft) von 500 N halten können. Wie groß muss die Überlappungslänge lü sein, wenn die Lötfläche quadratisch ist? Zum Löten wird L-Ag30Cd verwendet, außerdem hat der Konstrukteur eine dreifache Sicherheit bestimmt.

(Benutze zur Lösung Roloff/Matek Formelsammlung und Tabellen)

[[Bild:Klebverb Zugscherkraft.JPG]]

'''Hier geht es zum ausführlichen '''
[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#.C3.9Cbungsaufgabe_2|Lösungsweg]]

Vorschlag: Berechne diese Aufgabe auch mal für [[Klebverbindungen#Aufgabe_1|Klebverbindungen]]

== Lote und Flussmittel ==
=== Lote ===
Das Lot ist ein metallischer Zusatzstoffwerkstoff, mit dessen Hilfe metallische Teile miteinander verbunden werden. Dabei ist es wichtig, das der Schmelzpunkt des Lotes unterhalb desjenigen der zu verbindenden Teile liegt. Lote bestehen aus Legierungen oder seltener aus reinen Metallen. Im Fachhandel sind sie als Drähte, Stäbe, Pasten oder als Lotformteile zu erhalten.

Vorraussetzungen für die Eignung eines Lotes sind:

*Das Lot muss gut am Grundwerkstoff haften bzw. ihn benetzen

*Das Lot muss gute Kapillar- und Diffusionseigenschaften aufweisen

*Das Lot sollte einen geringeren Wärmeausdehnungsunterschied zum Grundwerkstoff besitzen

*Der Schmelzpunkt des Lotes sollte ca. 50°C unterhalb des Schmelzpunktes vom Grundwerkstoff liegen

===Weichlote===
Weichlote sind nach DIN 1707 in vier Gruppen eingeteilt. Der Hauptbestandteil von Weichloten ist Zinn.

*Gruppe A Blei-Zinn- und Zinn-Blei-Lote
*Gruppe B Zinn-Blei-Weichlote mit Kupfer-, Silber- oder Phosphorzusatz
*Gruppe C Sonder Weichlote
*Gruppe D Weichlote für Aluminiumwerkstoffe

Weichlotverbindungen eignen sich nicht dafür Kräfte zu übertragen, da sie bei Dauerbelastungen zum kriechen neigen. Bei Weichlotverbindungen ist wegen der geringen Festigkeit auf ausreichend große Lötflächen zu achten.[

[http://www.brazetec.de/brazetec/content/produkte/Weichlote.cfm Herstellerseite für Weichlote]

===Hartlote===

Hartlote lassen sich nach ihren Bestandteilen für unterschiedliche Aufgaben unterteilen

'''cadmiumhaltige Hartlote'''

*Hartlote die aus Silber, Zink und Cadmium bestehen, ermöglichen ein werkstück- und werkstoffschonendes löten, bei kurzen Lötzeiten. Das Cadmium hat dabei die Aufgabe die Arbeitstemperatur auf 610°C herab zu setzen. Werden cadmiumhaltige Lote stark Überhitzt, so entstehen gesundheitsschädliche Cadmiumdämpfe.

'''nickel- manganhaltige Hartlote'''

*Nickel- manganhaltige Hartlote werden zum Auflöten von Hartmetallen auf Stahlträgern und zum löten von schwer benetzbaren Werkstoffen, wie Wolfram und Molybdän, verwendet.

'''phosphorhaltige Hartlote'''

*Phosphorhaltige Hartlote besitzen einen Selbstfließeffekt, der es ermöglicht Kupferwerkstoffe an der Atmosphäre ohne Flussmittel zu löten. Bei Eisen und Nickelwerkstoffe entstehen allerdings spröde Übergangszonen und daher nicht geeignet.

[http://www.brazetec.de/brazetec/content/produkte/Hartlote.cfm Herstellerseite für Hartlote]

===Hochtemperaturlote===
Bei Hochtemperaturloten unterscheidet man zwischen Nickelbasisloten, zinkhaltig und zinkfrei, Kupferbasisloten und Gold-, Palladium- sowie Titanloten, wobei sich mit palladiumhaltigen Loten die höchsten Arbeitstemperaturen (1800-2000°C) erreichen lassen.

===Flussmittel===
Die Aufgabe von Flussmitteln ist es die Oberfläche der Lötstelle von Oxidationen zu befreien und ihre Neubildung zu verhindern, des weitern wir die Benetzung der metallischen Oberfläche mit geschmolzenem Lot unterstützt. Flussmittel sind als Pulver, Pasten oder Flüssig erhältlich. Der Schmelzpunkt von Flussmitteln muss 50°C unter der des Lotes liegen. Die Wirksamkeit von Flussmitteln ist zeitlich begrenzt, da nach einer Zeit keine Oxide mehr gelöst werden können.

Folgende Aspekte sind bei der Auswahl von Flussmitteln zu berücksichtigen:

*der praktische Nutzen
*mögliche Korrosion durch Flussmittelrückstände
*Gesundheitsschäden durch Dämpfe
*die Entsorgung

[http://www.brazetec.de/brazetec/content/produkte/Weichlote_Flussmittel.cfm Herstellerseite für Flussmittel zum Weichlöten]

[http://www.brazetec.de/brazetec/content/produkte/Hartlote_Flussmittel.cfm Herstellerseite für Flussmittel zum Hartlöten]

== Herstellung einer Lötverbindung ==
{|
|[[Bild:Kupfer-loeten.gif]]||Bei der '''Herstellung einer Lötverbindung''' geht man wie folgt vor:
* Die Lötflächen müssen von Fremdschichten (z.B. Farben) befreit werden, dieses kann mechanisch oder chemisch erfolgen.
* Die zu lötenden Teile müssen gegen Verrutschen gesichert werden, dabei ist auf günstige Lötspaltbreiten (0,05-0,2mm) zu achten. In der Serienfertigung kommen hier Lötvorrichtungen zum Einsatz.
*Der Lötstoß und das Lot müssen auf Arbeitstemperatur gebracht werden, durch Zugabe von Flussmittel oder durch den Ausschuss von Sauerstoff werden Oxide beseitigt.
*Nachdem das Lot in den Lötspalt geflossen ist, muss die Lötverbindung langsam abkühlen
*Die Lötverbindung wird jetzt noch von Zunder und Flussmittelrückständen gereinigt, damit später keine Korrosion entsteht.
*Zum Schluss wird die Lötverbindung noch auf ihre Qualität hin überprüft, um Beispiel ob der Füllgrad des Lötspalts in Ordnung ist, oder ob es Risse in der Lötnaht gibt.
|}

== Hersteller ==

Hier findet ihr einige '''Links zu Lieferanten''' von Loten, Flussmitteln und Gerätschaften, aber auch zu Schulungen und Datenblättern :

*[http://www.brazetec.de/brazetec/content/main.cfm BrazeTec Welt der Löttechnik]

*[http://wullschlegerag.ch/home/index.html Wullschleger AG Löttechnik und Edelmetalle]

*[http://www.oegussa.at/neu/lottechnik ÖGUSSA Welt der Edelmetalle]

*[http://www.loetzinn.com/index1024.htm Gienger Lötmittel]

*[http://www.armack.de Armack Löttechnik]

*[http://www.zevatron.de/index.html Zevatron Löttechnik]

*[http://www.stannol.de Stannol]

==DIN Normungen==

{|
| [[DIN]] 1912-4||||||||||Zeichnerische Darstellung Schweißen, Löten; Begriffe und Benennungen für Lötstöße und Lötnähte
|-
|[[DIN]] 8505-1||||||||||Löten; Allgemeine Begriffe
|-
|[[DIN]] 8505-2||||||||||Löten; Einteilung der Verfahren, Begriffe
|-
|[[DIN]] 8505-3||||||||||Löten; Einteilung der Verfahren nach Energieträgern,Verfahrensbeschreibungen
|-
|[[DIN]] 8514-1||||||||||Lötbarkeit; Begriffe
|-
|[[DIN]] 8593-7||||||||||Fertigungsverfahren Fügen; Fügen durch Löten; Einordnung, Unterteilung
|-
|[[DIN]] EN 1044||||||||||Hartlote
|-
|[[DIN]] EN 29453||||||||||Weichlote; chemische Zusammensetzung und Lieferformen
|-
|[[DIN]] EN 29454-1||||||||||Flussmittel zum Löten metallischer Werkstoffe; Flussmittel zum Weichlöten
|-
|}

==Quellenangabe==

Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag, 17. Aufl. 2005, ISBN 3-528-17028-X

Roloff/Matek Maschinenelemente Formelsammlung, Vieweg Verlag, 7. Aufl. 2003. ISBN 3-528-64482-6

[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]]

--[[Benutzer:Whiteguard|Whiteguard]] 11:32, 5. Nov 2005 (CET)