Ekbert Hering, Karl-Heinz Modler
Grundwissen des Ingenieurs
Vorwort
6
Inhaltsverzeichnis
8
1 Mathematik
32
1.1 Zahlen
34
1.1.1 Reelle Zahlen
34
1.1.2 Komplexe Zahlen
35
1.1.3 Folgen
39
1.1.4 Reihen
40
1.1.5 Kombinatorik
40
1.2 Lineare Algebra
41
1.2.1 Lineare Gleichungssysteme
41
1.2.2 Vektorrechnung
43
1.2.3 Determinanten
47
1.2.4 Matrizen
48
1.3 Funktionen einer reellen Veränderlichen
51
1.3.1 Funktionsbegriff
51
1.3.2 Grenzwert und Stetigkeit
52
1.3.3 Ableitung einer Funktion
54
1.3.4 Integralrechnung
60
1.3.5 Elementare Funktionen
62
1.4 Funktionen mehrerer Variabler
69
1.4.1 Grafische Darstellung, Isoquanten (Höhenlinien)
69
1.4.2 Partielle Ableitungen
70
1.4.3 Richtungsableitung, Gradient
70
1.4.4 Tangentialebene, totales Differenzial
71
1.4.5 Extrema
71
1.4.6 Mehrfachintegrale
72
1.5 Vektoranalysis
74
1.5.1 Kurven im R2
74
1.5.2 Kurvenintegrale
75
1.5.3 Potenzial, Gradientenfeld
76
1.5.4 Divergenz, Rotation, Integralsätze
76
1.6 Differenzialgleichungen
77
1.6.1 Differenzialgleichungen 1. Ordnung
78
1.6.2 Lineare Differenzialgleichungen n-ter Ordnung
79
1.6.3 Systeme von Differenzialgleichungen
80
1.6.4 Numerische Verfahren
82
2 Physik
84
2.1 Einleitung, Stellung der Physik
86
2.2 Mechanik
86
2.3 Akustik
87
2.3.1 Schallwellen
88
2.3.2 Schallempfindung
94
2.3.3 Raumakustik
97
2.3.4 Körperschalldämmung
99
2.4 Optik
101
2.4.1 Geometrische Optik
101
2.4.2 Wellenoptik
107
2.4.3 Quantenoptik
112
3 Chemie
116
3.1 Atombau und chemische Bindung
119
3.1.1 Atombau
119
3.1.2 Periodensystem der Elemente
119
3.1.3 Chemische Bindung
122
3.2 Chemische Reaktionen
126
3.2.1 Stöchiometrie
126
3.2.2 Reaktionsenergie
127
3.2.3 Reaktionskinetik
128
3.2.4 Chemisches Gleichgewicht und Reaktionstypen
129
3.3 Analytische Chemie
131
3.3.1 Analysenverfahren
133
3.3.2 Probenahme
137
3.4 Umweltchemie
137
3.4.1 Boden
137
3.4.2 Wasser
139
3.4.3 Atmosphäre
140
3.4.4 Umweltschadstoffe
141
4 Elektrotechnik/ Elektronik
148
4.1 Grundgesetze und Definitionen
150
4.1.1 Ladung und Strom
150
4.1.2 Spannung und Potenzial
151
4.1.3 Ohm’sches Gesetz und Widerstand
152
4.1.4 Arbeit und Leistung
153
4.1.5 Kirchhoff’sche Gesetze
153
4.2 Gleichstromkreise
154
4.2.1 Spannungs- und Stromquellen
154
4.2.2 Schaltungen von Widerständen
155
4.3 Elektrisches Feld
156
4.3.1 Feldbegriff
156
4.3.2 Kapazität
157
4.3.3 Laden und Entladen von Kondensatoren
158
4.4 Magnetisches Feld
159
4.4.1 Feldbegriff
159
4.4.2 Kräfte auf bewegte Ladungen im Magnetfeld
160
4.4.3 Materie im Magnetfeld
161
4.4.4 Magnetischer Kreis
162
4.4.5 Elektromagnetische Induktion
164
4.4.6 Selbstinduktion
165
4.4.7 Ein- und Ausschalten von Stromkreisen mit Spulen
166
4.5 Wechselstrom
167
4.5.1 Sinusförmige Wechselströme und -spannungen
167
4.5.2 Zeigerdiagramm
168
4.5.3 Wechselstromverhalten von Widerstand, Spule und Kondensator
170
4.5.4 Transformator
171
4.6 Drehstrom
172
4.7 Leitungsmechanismen
174
4.7.1 Elektrische Leitung in Metallen
174
4.7.2 Elektrische Leitung in Halbleitern
175
4.8 Elektronik
178
4.8.1 Übersicht über die Halbleiterelemente
178
4.8.2 Dioden
178
4.8.3 Transistoren
179
4.8.4 Thyristoren
181
4.8.5 Integrierte Schaltungen
182
5 Informatik und Kommunikationstechnik
188
5.1 Informatik
190
5.1.1 Technische Informatik
191
5.1.2 Betriebssysteme
201
5.1.3 Programmiersprachen und Datentypen
203
5.1.4 Software-Engineering
207
5.2 Kommunikationstechnik
209
5.2.1 Grundlagen der Kommunikationstechnik
210
5.2.2 Datenfernübertragung in Telekommunikationsnetzen
214
5.2.3 Rechnernetze
216
6 Technische Mechanik
222
6.1 Statik starrer Körper
224
6.1.1 Grundlagen
225
6.1.2 Linientragwerke
228
6.1.3 Reibung
230
6.1.4 Schwerpunkt
231
6.1.5 Flächenmomente
233
6.2 Festigkeitslehre
235
6.2.1 Grundlagen
235
6.2.2 Zug und Druck
239
6.2.3 Biegung
240
6.2.4 Reine Torsion
245
6.2.5 Querkraftschub
247
6.2.6 Extremalprinzipe
248
6.2.7 Einführung in die Stabilitätstheorie
250
6.2.8 Rotationssymmetrische Spannungszustände
251
6.2.9 Festigkeitshypothesen
254
6.2.10 Räumliches linear-elastisches Gesamtproblem
255
6.3 Kinematik
257
6.3.1 Kinematik des Punktes
257
6.3.2 Kinematik des starren Körpers
260
6.3.3 Relativbewegung
262
6.4 Kinetik
262
6.4.1 Kinetik des Massenpunktes und des starren Körpers in der Ebene
263
6.4.2 Kinetik des Massenpunktsystems
265
6.4.3 Kinetik des starren Körpers
267
6.4.4 Aufstellen von Bewegungsgleichungen
270
6.5 Schwingungen mechanischer Systeme
271
6.5.1 Kinematik der Schwingungen und Schwingungsanalyse
271
6.5.2 Verfahren der kleinen Schwingungen
273
6.5.3 Freie Schwingungen
274
6.5.4 Erzwungene Schwingungen
276
7 Strömungsmechanik
280
7.1 Einführung
282
7.1.1 Fluide
282
7.1.2 Strömungsfelder
285
7.1.3 Hydro- und Aerostatik
287
7.2 Stromfadentheorie
289
7.2.1 Definitionen, Kontinuitätsgleichung
289
7.2.2 Bewegungsgleichung des reibungsfreien Stromfadens
290
7. 2.3 Impulsgleichung
291
7.2.4 Energiesatz
297
7.2.5 Drehimpuls, Turbinengleichung
299
7.3 Inkompressible Strömungsfelder
300
7.3.1 Reibungsfreie inkompressible Strömungen
300
7.3.2 Reibungsbehaftete Strömungen
305
7.3.3 Strömungsgrenzschichten
308
7.4 Strömungsmechanisches Versuchswesen
310
7.4.1 Aufgabengebiete
310
7.4.2 Hydraulische Sonden
310
7.4.3 Modellgesetze, Versuchsanlagen
311
7.5 Druckverlustbeiwerte
312
7.5.1 Rohrleitungen und Kanäle
312
7.5.2 Kanaleinbauten
315
7.5.3 Durchflussregler
318
8 Thermodynamik
320
8.1 Zustandseigenschaften der Fluide
323
8.1.1 Temperatur
323
8.1.2 Druck
324
8.1.3 Druck-Temperatur-Verhalten der Fluide
324
8.1.4 Masse, Volumen und Dichte
326
8.1.5 Wärmekapazität und Isentropenexponent
329
8.1.6 Innere Energie und Enthalpie
331
8.1.7 Entropie
335
8.1.8 Exergie
337
8.2 Energiebilanz – 1. Hauptsatz der Thermodynamik
338
8.2.1 Irreversibilität und Reversibilität
338
8.2.2 Geschlossenes System
339
8.2.3 Offenes stationäres System
342
8.2.4 Allgemeine instationäre Energiebilanz
345
8.2.5 Berechnung der Änderungen von innerer Energie und Enthalpie
345
8.3 Entropiebilanz – 2. Hauptsatz der Thermodynamik
347
8.3.1 Geschlossenes System
347
8.3.2 Offenes stationäres System
348
8.3.3 Berechnung der Entropieänderungen
349
8.4 Exergiebilanz
351
8.4.1 Energie, Exergie und Anergie
351
8.4.2 Offenes stationäres System
352
8.4.3 Berechnung der Exergieänderungen
353
8.5 Einfache technische Prozesse
353
8.5.1 Fluide in geschlossenen Behältern
353
8.5.2 Fluide unter konstantem Druck
354
8.5.3 Mischung von Fluidströmen
354
8.5.4 Übertragung von Wärme an Fluidströme
356
8.5.5 Verdichten und Pumpen
357
8.5.6 Turbinenentspannung
358
9 Konstruktionselemente
366
9.1 Definition und Konstruktionsprozess
369
9.2 Maße, Toleranzen und Passungen
370
9.2.1 Normzahlen (NZ nach DIN 323)
370
9.2.2 Maße, Abmaße und Toleranzen
371
9.2.3 Passungen
373
9.2.4 Gestaltabweichungen von Oberflächen
375
9.3 Nichtlösbare Verbindungen
377
9.3.1 Schweißverbindungen
378
9.3.2 Lötverbindungen
391
9.3.3 Klebverbindungen
394
9.3.4 Nietverbindungen
395
9.3.5 Pressverbände
398
9.4 Lösbare Verbindungen
402
9.4.1 Befestigungsschrauben
402
9.4.2 Bewegungsschrauben
412
9.4.3 Bolzen- und Stiftverbindungen, Sicherungselemente
415
9.5 Elastische Verbindungselemente, Federn
417
9.5.1 Grundlegende Zusammenhänge
417
9.6 Drehbewegungselemente
424
9.6.1 Achsen und Wellen
424
9.6.2 Lager
429
9.6.3 Reibung und Schmierstoffe
434
9.6.4 Welle-Nabe-Verbindungen
436
9.6.5 Wellenkupplungen und -bremsen
441
9.6.6 Lager- und Wellendichtungen
447
9.7 Zahnräder und Zahnradgetriebe
448
9.7.1 Grundlagen
448
9.7.2 Abmessungen, Geometrie und Tragfähigkeit von Stirn- und Kegelrädern
452
9.7.3 Zahnradpaare mit sich kreuzenden Achsen
456
9.8 Hülltriebe
458
9.8.1 Kettentriebe
458
9.8.2 Riementriebe
461
9.9 Führungselemente für Flüssigkeiten und Gase
464
9.9.1 Rohrleitungen
464
9.9.2 Armaturen
467
10 Konstruktionstechnik
470
10.1 Begriffe und Grundlagen
472
10.1.1 Eigenschaften technischer Produkte
472
10.1.2 Ablauf des konstruktiven Entwicklungsprozesses
477
10.1.3 Werkzeuge der Konstruktionstechnik
482
10.2 Konstruktionsmethoden
482
10.2.1 Elementare Methoden
483
10.2.2 Präzisieren von Konstruktionsaufgaben
485
10.2.3 Methoden zur Lösungsfindung
492
10.2.4 Methoden zur Lösungsbewertung
506
10.3 Gestalten und Dimensionieren
513
10.3.1 Grundsätze
513
10.3.2 Vorgehen beimGestalten
514
10.3.3 Dimensionieren
519
10.4 Produktdokumentation und Datentransfer
520
10.5 Schutz von Erfindungen
523
10.5.1 Patente
523
10.5.2 Gebrauchsmuster
525
10.5.3 Hinweise für Erfinder
526
11 Werkstofftechnik
528
11.1 Kristallbau und Gitterbaufehler
531
11.2 Thermisch aktivierte Prozesse
532
11.3 Werkstoffprüfung
533
11.3.1 Härteprüfung
533
11.3.2 Zugversuch
534
11.3.3 Biegeversuch
535
11.3.4 Zeitstandversuch
536
11.3.5 Schwingversuch
536
11.4 Eisen und Stahl
536
11.4.1 Grundlagen der Eisenwerkstoffe
537
11.4.2 Wärmebehandlung
540
11.4.3 Systematik der Stähle
544
11.4.4 Eisengusslegierungen
551
11.5 Nichteisenmetalle
553
11.5.1 Aluminiumlegierungen
553
11.5.2 Magnesiumlegierungen
554
11.5.3 Nickellegierungen
555
11.5.4 Kupferlegierungen
556
11.6 Keramische Werkstoffe
557
11.6.1 Herstellung
557
11.6.2 Aufbau und Eigenschaften
558
11.6.3 Eigenschaften und Anwendungen
561
11.7 Kunststoffe
563
11.7.1 Herstellung
563
11.7.2 Bezeichnung der Kunststoffe
563
11.7.3 Eigenschaften und Anwendungen
564
11.8 Verbundwerkstoffe
569
11.8.1 Faserverbundwerkstoffe
569
11.8.2 Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC)
570
11.8.3 Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe (CMC)
572
11.9 Funktionswerkstoffe
572
11.9.1 Magnetwerkstoffe
572
11.9.2 Werkstoffe mit besonderen elektrischen Eigenschaften
575
11.9.3 Halbleiter
577
11.10 Werkstoffe mit besonderen thermischenEigenschaften
578
12 Energietechnik
580
12.1 Energietechnische Randbedingungen
584
12.2 Primärenergieträger
585
12.2.1 Fossile Brennstoffe
585
12.2.2 Kernbrennstoffe
587
12.2.3 Dampferzeuger für fossile Brennstoffe
588
12.2.4 Energieumwandlung in der Brennkammer von Gasturbinenanlagen
592
12.3 Wärmefreisetzung und Dampferzeugungim Kernkraftwerk
593
12.3.1 Wärmefreisetzung durch Kernumwandlung
593
12.3.2 Dampferzeugung für den 2. Kreislauf eines KKWmit Druckwasserreaktor
593
12.4 Verfahren und Anlagender thermischen Energieumwandlung
595
12.4.1 Energetische Gasturbinenanlagen
595
12.4.2 Dampfkraftwerk
597
12.4.3 Gas- und Dampfturbinenkraftwerk (GuD)
603
12.5 Anlagen zur Umwandlung regenerativer Energien
605
12.5.1 Wasserkraftanlagen
606
12.5.2 Windkraftanlagen
607
12.5.3 Solarenergie
609
12.5.4 Thermische Verwertung von Biomasse und Müll
610
12.5.5 Geothermische Kraftwerke
610
12.6 Zuverlässigkeit, Ökonomie und Ökologie
610
12.6.1 Zuverlässigkeit von Energieanlagen
610
12.6.2 Ökonomische Bewertung der Elektroenergieerzeugungsverfahren
612
12.6.3 Schadstoffe aus thermischen Energieanlagen und ihre Beeinflussung
613
12.7 Zukünftige Entwicklungen in der Energietechnik
615
12.7.1 Dezentraler Bereich der Energieversorgung
615
12.7.2 Zentrale Energieversorgung
617
13 Fertigungstechnik
620
13.1 Einführung
622
13.1.1 Grundbegriffe und Definitionen
622
13.1.2 Gliederung der Fertigungsverfahren
622
13.1.3 Gliederung des Fertigungsprozesses
623
13.2 Urformen
625
13.2.1 Verfahrensübersicht
625
13.2.2 Gießen mit verlorenen Formen
629
13.2.3 Gießen mit Dauerform
631
13.2.4 Pulvermetallurgische Teilefertigung (Pressen und Sintern)
632
13.3 Umformen
633
13.3.1 Grundbegriffe und Verfahrensübersicht
633
13.3.2 Grundlagen der Umformtechnik
636
13.3.3 Walzen
641
13.3.4 Freiformen
643
13.3.5 Gesenkformen
643
13.3.6 Durchdrücken/Fließpressen
644
13.3.7 Tiefziehen
645
13.3.8 Zugumformen
645
13.3.9 Biegen
646
13.4 Zerteilen
647
13.4.1 Verfahrensübersicht
647
13.4.2 Schneidvorgang
648
13.4.3 Schneidverfahren
648
13.5 Spanen
650
13.5.1 Einführung, Verfahrensübersicht
650
13.5.2 Drehen
653
13.5.3 Bohren, Senken, Reiben
654
13.5.4. Fräsen
656
13.5.5 Hobeln, Stoßen, Räumen
659
13.5.6 Schleifen
660
13.5.7 Honen
662
13.5.8 Läppen
663
13.6 Abtragen
664
13.6.1 Definition und Verfahrensübersicht
664
13.6.2 Thermisches Abtragen
664
13.6.3 Chemisches Abtragen
665
13.6.4 Elektrochemisches Abtragen
665
13.7 Fügen
666
13.7.1 Verfahrensübersicht
666
13.7.2 Schweißvorgang und Grundbegriffe
667
13.7.3 Schmelzschweißverfahren
668
13.7.4 Pressschweißverfahren
670
13.8 Beschichten
670
13.8.1 Einführung, Verfahrensübersicht
670
13.8.2 Vakuumbeschichten
671
13.8.3 Galvanisieren
672
13.9 Stoffeigenschaftsändern
673
13.9.1 Verfahrensübersicht
673
13.9.2 Verfestigen durch Umformen
674
13.9.3 Wärmebehandeln
675
13.9.4 Thermomechanische Behandlung
676
14 Fertigungssysteme
678
14.1 Einleitung
680
14.2 Entwicklungstendenzen in der Fertigungstechnik
681
14.2.1 Notwendigkeit der Fertigungsprozessoptimierung
681
14.2.2 Veränderungen der industriellen Randbedingungen
681
14.2.3 Flexible Automation in der Fertigung
682
14.3 Voraussetzungen und Charakteristika des Einsatzesvon Flexiblen Fertigungssystemen (FFS)
682
14.3.1 Voraussetzungen für den Einsatz von FFS
682
14.3.2 Einsatzcharakteristika für FFS
683
14.4 Planungsgrundlagen für FFS
685
14.5 Aufbau und Planung des FFS
687
14.5.1 Hauptkomponenten des FFS
687
14.5.2 Vorgehensweise und Hilfsmittel zur Planung der FFS-Hauptkomponenten
688
14.5.3 Varianten Flexibler Fertigungssysteme (FFS)
690
14.6 Das Maschinenkonzept im FFS
695
14.6.1 Grundbaustein der flexiblen Automation
695
14.6.2 Bearbeitungszentrum oder Flexible Fertigungszelle
695
14.6.3 Erforderliche Eigenschaften der Fertigungseinrichtung im FFS
699
14.6.4 Kriterien bei der Beschaffung der Fertigungseinrichtungen
700
14.7 Materialflusssystem im FFS
701
14.7.1 Werkzeugverwaltung
701
14.7.2 Werkstücktransport
704
14.8 Informationssystem im FFS
707
14.8.1 Vorgehensweise und Hilfsmittel zur Planung des Informationssystems
707
14.8.2 Steuerung von FFS
709
14.8.3 CNC-Steuerung eines FFS
712
14.8.4 Programmierung im FFS
713
14.9 Flexible Montagesysteme (FMS)
717
14.9.1 Grundkomponenten des FMS
718
14.9.2 Aufgaben des FMS
720
14.9.3 Einsatzbedingungen für eine flexible Montage
720
14.9.4 Hauptkomponenten des FMS
720
14.10 Qualitätssicherung in flexiblen Fertigungslösungen
723
14.10.1 Fertigungsmesstechnik
723
14.10.2 Einsetzbare Messtechnik im FFS
724
14.10.3 Koordinatenmessgeräte imFFS
725
14.10.4 Steuerung und Programmierung systemintegrierter flexiblerQualitätssicherungslösungen
725
14.11 Personalbedarf für Planung und Betrieb eines FFS
726
14.12 Bewertung von FFS
726
14.12.1 Bewertung in der Planungsphase
727
14.12.2 Bewertung in der Einsatzphase
728
14.13 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für FFS
729
14.13.1 Kapazitätsbetrachtungen
729
14.13.2 Effektivitätsbetrachtungen
730
14.13.3 Reduzierung der Stillstandszeiten und anderer Nutzungsverluste
731
14.13.4 Besonderheiten der FFS-Installation imZusammenhangmit der Fertigungssituation
731
14.14 Zusammenfassung und Ausblick
733
15 Fluidenergiemaschinen
736
15.1 Charakterisierung und Einteilungder Fluidenergiemaschinen
739
15.2 Turbomaschinen
741
15.2.1 Turbokraftmaschinen
741
15.2.2 Turboarbeitsmaschinen
751
15.3 Kolbenmaschinen
755
15.3.1 Kolbenkraftmaschinen
755
15.3.2 Kolbenarbeitsmaschinen
763
16 Elektrische undelektronischeBauelemente
768
16.1 Passive Bauelemente
770
16.1.1 Widerstände
770
16.1.2 Kondensatoren
775
16.1.3 Induktivitäten
779
16.1.4 Entstörfilter
782
16.2 Halbleiterbauelemente
782
16.2.1 Dioden
16.2.1 Dioden
16.2.2 Bipolare Transistoren
786
16.2.3 Feldeffekttransistoren (FET)
789
16.2.4 Thyristoren und Triacs
791
16.2.5 Analoge integrierte Schaltungen
793
16.2.6 Digitale integrierte Schaltungen
798
16.3 Elektromechanische Bauteileund elektronische Alternativen
801
16.3.1 Schalter
801
16.3.2 Relais
802
16.3.3 Schütze
804
16.3.4 Sicherungen
805
16.4 Galvanische Elemente
809
16.4.1 Primärelemente
810
16.4.2 Sekundärelemente
811
17 Messtechnik
814
17.1 Einführung
816
17.1.1 Wirtschaftliche Bedeutung
816
17.1.2 Informationsbeziehungen in Messprozessen
816
17.2 Grundbegriffe
817
17.2.1 Gegenstand der Messtechnik
817
17.2.2 Messtechnische Disziplinen, Aufgaben und Ziele
818
17.2.3 Größen und Einheiten
824
17.2.4 Messgrößenwandlung
826
17.2.5 Grundstrukturen
828
17.2.6 Weiterverarbeitung
831
17.2.7 Unifizierung und Schnittstellen
832
17.3 Signale
833
17.3.1 Signalmerkmale
833
17.3.2 Signalwandlung
834
17.3.3 Abtastung und Analog-Digital-Umsetzung
835
17.3.4 Einheitssignale
838
17.4 Kennfunktionen und Kennwerte
840
17.4.1 Statische Kennfunktionen und Kennwerte
840
17.4.2 Dynamische Kennfunktionen und Kennwerte
841
17.5 Messfehler
843
17.5.1 Fehlerdefinitionen
843
17.5.2 Vorbereitung und Auswertung von Messungen
847
17.6 Baugruppen
848
17.6.1 Sensoren
848
17.6.2 Weitere Baugruppen
852
18 Steuerungs- und Regelungstechnik
854
18.1 Einführung
857
18.1.1 Blockdarstellung von Funktionalbeziehungen
857
18.1.2 Klassifizierung von Systemen
857
18.1.3 Linearisierung um den Arbeitspunkt
860
18.1.4 Steuerungen und Regelungen
861
18.1.5 Laplace-Transformation
862
18.1.6 Übertragungsfunktion
865
18.1.7 Zustandsraumdarstellung von Systemen
870
18.1.8 Modellbildung einer Gleichstrommaschine
872
18.1.9 Modellbildung einer GM im Zustandsraum
873
18.1.10 Modellbildung einer mechanischen Welle
874
18.2 Reglerentwurf für lineare kontinuierliche Systeme
875
18.2.1 Regeleinrichtung
876
18.2.2 Reglertypen und Reglerparameter
877
18.2.3 Reglerbegrenzung
881
18.2.4 Stabilität von Systemen und Regelkreisen
882
18.2.5 Beurteilung von Regelkreisen
883
18.2.6 Reglereinstellung
884
18.2.7 Störgrößenaufschaltung
887
18.2.8 Kaskadenregelung
888
18.3 Zustandsraumregelung
889
18.3.1 Regelungsnormalform
890
18.3.2 Beobachtungsnormalform
891
18.3.3 Polvorgabe
891
18.3.4 Zustandsbeobachter
894
18.4 Abtastregelung
896
18.4.1 Aufbau einer Abtastregelung
896
18.4.2 Reglereinstellung
901
18.4.3 Beschreibung einer Regelung mit der z-Transformation
901
18.4.4 Stabilität
902
18.4.5 Kompensationsregler
903
19 Antriebstechnik
906
19.1 Elektrische Maschinen
909
19.1.1 Einführung und Zusammenfassung
909
19.1.2 Typen elektrischer Maschinen
910
19.1.3 Arbeitspunkt, Vierquadrantenbetrieb
918
19.1.4 Wirkungsgrad und Leistungsgrenzen
920
19.1.5 Dynamisches Verhalten, Hochlauf
920
19.1.6 Thermodynamik, Erwärmung und Abkühlung
922
19.1.7 Normrichtlinien: Bauformen, Schutzarten, Kühlung und Isolation
924
19.2 Leistungselektronische Umrichter
926
19.2.1 Einleitung
926
19.2.2 Stromrichterschaltungen
927
19.2.3 Projektierung
936
19.2.4 Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Redundanz
939
19.2.5 Auswahlkriterien für Antriebssysteme
940
19.3 Hydraulische Antriebstechnik
942
19.3.1 Übersicht
942
19.3.2 Grundlagen
942
19.3.3 Bauelemente hydrostatischer Antriebe
946
19.3.4 Ventile
948
19.3.5 Arbeitszylinder
949
19.3.6 Verbindungselemente
949
19.3.7 Dichtelemente
950
19.3.8 Hydrostatische Getriebe
950
19.3.9 Speicher
950
19.3.10 Bauelemente hydrodynamischer Antriebe
952
20 Maschinendynamik
956
20.1 Einleitung
958
20.2 Modellbildung und Parameterbestimmung
959
20.2.1 Modellbildung
959
20.2.2 Bewegungsgleichungen
959
20.2.3 Parameterbestimmung
961
20.3 Dynamik zwangläufiger starrer Körper
962
20.4 Eigenwertproblem
963
20.5 Massenausgleich und Auswuchten
965
20.5.1 Freie Massenkräfte
965
20.5.2 Massenausgleich
965
20.5.3 Auswuchten von Rotoren
965
20.6 Schwingungsisoliertes Aufstellen von Maschinen
967
20.6.1 Aktive und passive Schwingungsisolierung
967
20.6.2 Abstimmung und Dämpfung
967
20.6.3 Eigenfrequenzen der elastisch gelagerten Maschine
970
20.7 Antriebsdynamik
971
20.7.1 Berechnungsmodelle
971
20.7.2 Eigenfrequenzen und Eigenschwingformen
972
20.7.3 Systeme mit n Massen
973
20.8 Biegeschwingungen
973
20.8.1 Berechnung der Biegesteifigkeit
973
20.8.2 Biegeschwingung der einfach besetzten Welle mit Kreiselwirkung
974
20.8.3 Biegeschwingungen des Balkens mit n diskreten Punktmassen
976
20.8.4 Näherungsverfahren zur Abschätzung von Eigenfrequenzen
976
20.9 Mehrkörpersysteme
977
21 Simulationstechnik
980
21.1 Einführende Beispiele
983
21.1.1 Simulation bei der Entwicklung technischer Systeme
983
21.1.2 Simulation in der Fertigungsvorbereitung
984
21.1.3 Simulation beimBetreiben technischer Anlagen
986
21.1.4 Historische Entwicklung
987
21.2 Grundlagen der Simulationstechnik
987
21.2.1 Definitionen: Prozesse, Systeme, Modelle
988
21.2.2 Aufbau von Simulationsmodellen
989
21.2.3 Testen von Simulationsmodellen
991
21.2.4 Untersuchungsmethoden
992
21.3 Simulationsmodelle
993
21.3.1 Differenzenmodelle
995
21.3.2 Differenzialmodelle
997
21.3.3 Endliche Automaten
999
21.3.4 Petri-Netz-Modelle
999
21.4 Numerische Methoden
1000
21.4.1 Zeitdiskretisierung
1001
21.4.2 Ortsdiskretisierung
1002
21.4.3 Finite-Elemente-Methode
1003
21.5 Beschreibung mit Graphen
1006
21.5.1 Signalflussgraphen
1006
21.5.2 Energieflussgraphen (Bondgraphen)
1008
21.5.3 Zustands- und Ereignisgraphen
1010
21.6 Anwendungsbereiche
1013
21.6.1 Ausbildung und Training
1013
21.6.2 Computer-Aided Engineering
21.6.2 Computer-Aided Engineering
21.6.3 Hardware-in-the-Loop
1015
21.6.4 Man-in-the-Loop
1017
22 Mechatronik/Adaptronik
1020
22.1 Einführung in die Mechatronik und Adaptronik
1022
22.1.1 Mechatronik
1023
22.1.2 Adaptronik
1024
22.1.3 Vergleich von Mechatronik und Adaptronik
1025
22.1.4 Definition der Begriffe
1026
22.2 Aktor- und Sensorsysteme
1027
22.2.1 Funktionswerkstoffe
1027
22.2.2 Multifunktionale Werkstoffsysteme
1039
22.2.3 Diskrete Aktoren
1041
22.3 Regelungstechnische Ansätze für adaptive Systeme
1046
22.3.1 Einführung
1046
22.3.2 System mit Rückkopplung
1047
22.3.3 System mit adaptiver Gegensteuerung
1049
22.4 Berechnungsverfahren
1050
22.4.1 Allgemein
1050
22.4.2 Bewegungsdifferenzialgleichungfür einen diskretisierten Balken mit aktiven Werkstoffen
1050
22.4.3 Aktor- und Sensorpositionierung
1053
22.4.4 Regelung mit proportionaler Rückführung
1055
22.5 Anwendungsbeispiele
1056
22.5.1 Adaptive Tilger und Kompensatoren
1056
22.5.2 Semiaktive Dämpfung
1057
22.5.3 Adaptive Lärmunterdrückung
1059
23 Umwelttechnik
1062
23.1 Wasser-/Abwassertechnik
1067
23.1.1 Zusammenhänge der Abwasser- und Schadstoffentstehung
1067
23.1.2 Standzeitverlängerung des Wirkbades
1068
23.1.3 Verringerung der Ausschleppung von Wirkstoffen
1070
23.1.4 Wasser sparende Spültechnik
1071
23.1.5 Rückführung von Ausschleppungen
1075
23.1.6 Abwasserbehandlung
1076
23.2 Umweltbereich Luft/Abluft
1077
23.2.1 Luftzusammensetzung und Luftverunreinigungen
1078
23.2.2 Auswirkungen von Luftverunreinigungen
1078
23.2.3 Begrenzung der Emission von Luftverunreinigungen
1079
23.3 Umweltbereich Boden/Abfall
1081
23.3.1 Grundsatz der Abfallwirtschaft
1082
23.3.2 Primärmaßnahmen zur Abfallvermeidung
1082
23.3.3 Sekundärmaßnahmen zur Stoffkreislaufschließung
1083
23.3.4 Beseitigung von Abfällen
1083
24 Betriebswirtschaftslehre
1086
24.1 Betriebliches Personalmanagement
1088
24.1.1 Einführung
1088
24.1.2 Personalentwicklung
1089
24.1.3 Personalführung
1091
24.1.4 Personalbeschaffung
1094
24.1.5 Personalorganisation
1096
24.1.6 Entgeltpolitik
1098
24.2. Marketing
1099
24.2.1 Sichtweisen des Marketings
1099
24.2.2 Marketing-Mix
1101
24.2.3 Marketingformen
1101
24.2.4 Marketingstrategien
1101
24.2.5 Preispolitik
1105
24.2.6 Produktpolitik
1107
24.2.7 Distributionspolitik
1112
24.2.8 Kommunikationspolitik und Ziele
1117
24.2.9 Das Bilden von Marktsegmenten
1119
24.2.10 Die Wahl der Zielmärkte und der Positionierung
1120
24.3 Der Jahresabschluss
1120
24.3.1 Bilanz
1120
24.3.2 Gewinn- und Verlustrechnung (GuV-Rechnung)
1124
24.3.3 Anhang und Lagebericht
1126
24.4 Kosten- und Leistungsrechnung
1126
24.4.1 Grundlagen
1126
24.4.2 Grundbegriffe der Kostenrechnung
1127
24.4.3 Kostenartenrechnung
1128
24.4.4 Kostenstellenrechnung
1130
24.4.5 Kostenträgerrechnung
1132
24.4.6 Kostenrechnungssysteme in der Praxis
1135
24.5 Investitions- und Wirtschaftlichkeitsrechnung
1137
24.5.1 Statische Verfahren
1137
24.5.2 Dynamische Verfahren
1139
24.6 Finanzierung
1140
24.6.1 Fremdfinanzierung
1141
24.6.2 Innenfinanzierung
1142
24.6.3 Beteiligungsfinanzierung
1143
25 Anhang
1146
Sachwortverzeichnis
1170
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