Cover

Inhalt

Titelei

Impressum

Inhalt

Vorwort

Danksagung

1 Viele Wege führen zum Ziel ‒ Das Beispiel Flaschenöffner

1.1  Funktionsanalyse

1.1.1  Allgemeine Vorgehensweise und Begriffserklärung

1.1.2  Varianten zum Öffnen von Flaschen

1.2  Korkpfropfen

1.2.1  Aufbau und Prinzip der Abdichtung

1.2.2  Öffnungsvorgang durch innere Krafteinwirkung

1.2.3  Öffnungsvorgang durch äußere Krafteinwirkung

1.3  Kronkorken

1.3.1  Aufbau und Prinzip der Abdichtung

1.3.2  Öffnungsvorgang durch äußere Krafteinwirkung

1.3.3  Gestaltung eines einfachen Öffnungswerkzeuges für Kronkorken

1.4  Schraubverschluss

2 Wie wichtig Proportionen sind ‒ Ein Frühstücksbrettchen entsteht

2.1  Länge und Breite eines Frühstücksbrettchens

2.1.1  Proportionen bei flächigen Anwendungen

2.1.2  Proportionen bei mechanischer Belastung

2.1.3  Proportionen aus ästhetischer Sicht

2.1.4  Auslegungsfehler und deren Konsequenzen

2.1.5  Ableitung von Proportionen nach objektiven Kriterien

2.1.6  Möglichkeiten der Begutachtung

2.1.7  Festlegung der Abmessungen

2.1.8  Materialauswahl

2.2  Umsetzung des Entwurfs

2.3  Mehraufwand bei schönen Formen

2.4  Nachbearbeitung

3 Teile die zusammengehören ‒ Eine Starteinrichtung für Silvesterraketen entsteht

3.1  Funktionsanalyse

3.2  Proportionen der Einzelteile

3.3  Möglichkeiten zur Verbindung von Einzelteilen

3.3.1  Übersicht

3.3.2  Schweißverfahren

3.3.3  Kleben

3.3.4  Nageln und Krampen zum Verstiften von Bauteilen

3.3.5  Schrauben

3.3.6  Klemmen

3.4  Montage der Raketenstartrampe

3.5  Variationsformen

4 Serienfertigung im Beispiel ‒ Eine Schlange mit vielen gleichen Segmenten

4.1  Aufbau aus einzelnen Segmenten

4.2  „Serienfertigung“ der Segmente

4.2.1  Fertigungsaspekte am Beispiel Schlangenbau

4.2.2  Allgemeines zur Fertigung

4.2.3  Handwerkliche Produktion

4.2.4  Industrielle Fabrikation

4.2.5  Industrielle Serienfertigung

4.2.6  Auf das Erzeugnis fokussierte postindustrielle Produktion

4.2.7  Anwendungen der Produktionsweisen

4.3  Herstellungsprozess

4.3.1  Herstellung der Einzelteile

4.3.2  Zur Farbgestaltung

4.3.3  Montage

4.3.4  Zusammenfassung von Produktionsweisen am Beispiel

5 Möbelbau in Kastenbauweise

5.1  Konstruktiver Aufbau

5.1.1  Überblick

5.1.2  Entwerfen von Kastenelementen für Stapelmöbel

5.1.3  Entwerfen eines Cajóns

5.1.4  Entwerfen eines Kastenregals

5.2  Grundsätzliches zur Bemaßung

5.2.1  Messaufwand

5.2.2  Regeln für das Technische Zeichnen

5.2.3  Bemaßung zur Festlegung der Geometrie

5.3  Entwürfe für konkrete Kastenmöbel

5.3.1  Vorgehensweise

5.3.2  Auslegung der Stapelmöbel

5.3.3  Auslegung des Cajóns

5.3.4  Auslegung des Kastenregals

5.4  Stückliste ‒ Übersicht über viele Einzelteile

5.5  Montage

5.6  Zur Oberflächenbehandlung

6 Alles muss zusammenpassen ‒ Eine Kegelbahn für jeden Ort

6.1  Grundidee

6.2  Technische Umsetzung

6.3  Passungen und Toleranzen

6.3.1  Einführung

6.3.2  Erwünschte Toleranzen und technologisch bedingte Maßabweichungen

6.3.3  Konstruktiv notwendige Passung

6.3.4  Technologische Streuung

6.3.5  Festlegung der Toleranz

6.3.6  Möglichkeiten zum konstruktiven Toleranzausgleich

6.4  Herstellung der Kegelbahn

6.5  Weitere Projektvorschläge

6.5.1  Schutzschild aus Holz

6.5.2  Boot aus zwei Hälften

7 Aus zwei Dimensionen mach drei ‒ Ein 3D Puzzle entsteht

7.1  Grundidee

7.2  Computergestützte Konstruktion und Fertigung

7.2.1  Computergestützte Konstruktion

7.2.2  Computergestützte Fertigung

7.2.3  Konsequenzen und Bedeutung der computergestützten Konstruktion und Fertigung

7.3  Konstruktion

7.4  Herstellung

7.5  Arbeit mit dem 3D-Drucker

Torsten Kies

Technik einfach begreifen

Alltagsobjekte nachbauen und verstehen

Der Autor:

Prof. Dr.-Ing. Torsten Kies, Zentrum für Ingenieurwissenschaften
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autoren und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht.

Ebenso übernehmen Autoren und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen­ und Markenschutz­Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) – auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung – reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.

Lektorat: Ute Eckardte
Herstellung: Katrin Wulst
Umschlagrealisation: Stephan Rönigk

ISBN 978-3-446-44276-4
E-Book ISBN 978-3-446-45146-9

Verwendete Schriften: SourceSansPro und SourceCodePro (Lizenz)
CSS-Version: 1.0

Font License Zurück zum Impressum

Copyright 2010, 2012, 2014 Adobe Systems Incorporated (http://www.adobe.com/), with Reserved Font Name 'Source'. All Rights Reserved. Source is a trademark of Adobe Systems Incorporated in the United States and/or other countries. This Font Software is licensed under the SIL Open Font License, Version 1.1. This license is copied below, and is also available with a FAQ at: http://scripts.sil.org/OFL ----------------------------------------------------------- SIL OPEN FONT LICENSE Version 1.1 - 26 February 2007 ----------------------------------------------------------- PREAMBLE The goals of the Open Font License (OFL) are to stimulate worldwide development of collaborative font projects, to support the font creation efforts of academic and linguistic communities, and to provide a free and open framework in which fonts may be shared and improved in partnership with others. The OFL allows the licensed fonts to be used, studied, modified and redistributed freely as long as they are not sold by themselves. The fonts, including any derivative works, can be bundled, embedded, redistributed and/or sold with any software provided that any reserved names are not used by derivative works. The fonts and derivatives, however, cannot be released under any other type of license. The requirement for fonts to remain under this license does not apply to any document created using the fonts or their derivatives. DEFINITIONS "Font Software" refers to the set of files released by the Copyright Holder(s) under this license and clearly marked as such. This may include source files, build scripts and documentation. "Reserved Font Name" refers to any names specified as such after the copyright statement(s). "Original Version" refers to the collection of Font Software components as distributed by the Copyright Holder(s). "Modified Version" refers to any derivative made by adding to, deleting, or substituting -- in part or in whole -- any of the components of the Original Version, by changing formats or by porting the Font Software to a new environment. "Author" refers to any designer, engineer, programmer, technical writer or other person who contributed to the Font Software. PERMISSION & CONDITIONS Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy of the Font Software, to use, study, copy, merge, embed, modify, redistribute, and sell modified and unmodified copies of the Font Software, subject to the following conditions: 1) Neither the Font Software nor any of its individual components, in Original or Modified Versions, may be sold by itself. 2) Original or Modified Versions of the Font Software may be bundled, redistributed and/or sold with any software, provided that each copy contains the above copyright notice and this license. These can be included either as stand-alone text files, human-readable headers or in the appropriate machine-readable metadata fields within text or binary files as long as those fields can be easily viewed by the user. 3) No Modified Version of the Font Software may use the Reserved Font Name(s) unless explicit written permission is granted by the corresponding Copyright Holder. This restriction only applies to the primary font name as presented to the users. 4) The name(s) of the Copyright Holder(s) or the Author(s) of the Font Software shall not be used to promote, endorse or advertise any Modified Version, except to acknowledge the contribution(s) of the Copyright Holder(s) and the Author(s) or with their explicit written permission. 5) The Font Software, modified or unmodified, in part or in whole, must be distributed entirely under this license, and must not be distributed under any other license. The requirement for fonts to remain under this license does not apply to any document created using the Font Software. TERMINATION This license becomes null and void if any of the above conditions are not met. DISCLAIMER THE FONT SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO ANY WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT OF COPYRIGHT, PATENT, TRADEMARK, OR OTHER RIGHT. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT HOLDER BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, INCLUDING ANY GENERAL, SPECIAL, INDIRECT, INCIDENTAL, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF THE USE OR INABILITY TO USE THE FONT SOFTWARE OR FROM OTHER DEALINGS IN THE FONT SOFTWARE.

Vorwort

Bildung ist ein hohes Gut. Sie ist in einem rohstoffarmen Land wie Deutschland die Grundlage des Wohlstandes. Diese Grundaussage ist in unserer Gesellschaft unumstritten. Bei der Frage, was eine gute Bildung ausmacht, gehen die Meinungen aber weit auseinander. Elemente dieser Diskussion sind die Schulnoten, die soziale Kompetenz und andere Eigenschaften des Bildungsempfängers, aber auch äußere Faktoren wie das Fachgebiet des Betrachters oder die organisatorischen und fiskalischen Gegebenheiten.

Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Bildung ist die Pluralität ‒ nicht nur in fachlicher, auch in methodischer Hinsicht. Die Vermittlung wissenschaftlicher Inhalte setzt nach wie vor auf eine abstrakte Wissensvermittlung. Bei der Erarbeitung des Zugangs zu dieser Welt werden die Wissensempfänger ‒ von einem Fachgebiet mehr vom anderen weniger ‒ sich selbst überlassen.

In meiner Zeit als Hochschullehrer kam von den Studierenden immer die Frage nach einem Beispiel, wenn ihnen die Vorlesungsinhalte zu abstrakt erschienen. Gerade bei der Wissensvermittlung auf dem Gebiet der Technik bietet sich die Arbeit mit Beispielen geradezu an. Anhand einer Aufgabenstellung kann man das Abstrakte erklären ‒ so haben die Hörer oder Leser eine Motivation und verstehen das vermittelte Wissen nicht mehr abstrakt, sondern als Werkzeug zur Problemlösung. Die unmittelbar Anwendung des Vermittelten in einer Übung ist Praxis der Hochschullehre. Das vorliegende Buch bietet nun zusätzlichden Luxus, diese Übung nicht mehr allein auf dem Papier, sondern unmittelbar praktisch an einem Erzeugnis umzusetzen.

Einige Dozenten werden diese Vorgehensweise vielleicht als unwissenschaftlich ablehnen, vielleicht weil ähnliche Prinzipien in der gewerblichen Ausbildung angewendet werden. Gleichzeitig beklagt man sich darüber, dass der Wissenstand der Studienanfänger scheinbar von Jahrgang zu Jahrgang abnimmt.

Im Rahmen der angemahnten Pluralität muss man natürlich nicht jeder der hier skizzierten Methodik zustimmen, aber sie sollte als eine Möglichkeit des Wissenserwerbs auch mit dem Ziel einer akademischen Laufbahn akzeptiert werden. So richtet sich dieses Buch speziell an potenzielle Studierende technischer Fachrichtungen mit einem Bezug zum Maschinenbau. Sie können ihre Neugier an technischen Lösungen befriedigen und vertiefen. Auch Studentinnen und Studenten mit einer technischen Ausrichtung im Nebenfach möchte ich mit diesem Buch motivieren, einen Zugang zum Ingenieurwesen zu finden. Als ergänzende Literatur verwendet, bietet das Buch Anregungen und Motivation, um die an der Hochschule angebotenen Inhalte besser einordnen zu können.

Mit einem gewissen Erstaunen bemerkte ich, dass die Umsetzung der hier angeführten Beispiele bereits von Jugendlichen ausgeführt werden kann. Hier eröffnet sich eine Möglichkeit, bereits im Schulalter technische Grundlagen zu vermitteln. Nachdem lange Zeit von einem Fachkräftemangel geredet wurde, finden sich nun mehr und mehr Träger, die außerschulische Aktivitäten zur technischen Bildung von Kindern und Jugendlichen unterstützen. Vielleicht bietet dieses Buch Ansätze, um auch diesen Initiativen inhaltliche Orientierungspunkte zu geben.

Schließlich möchte ich getreu der Idee vom lebenslangen Lernen auch Menschen ansprechen, die sich auch außerhalb ihrer beruflichen Motivation für Technik interessieren, und vielleicht im Heimwerkerbereich Freude an der kreativen Umsetzung praxiserprobter Projekte haben. Auch sie werden beim Lesen des Buches Neues entdecken und Anregungen für eigene Projekte finden.

Unabhängig von der Motivation zum Kauf oder Ausleihen des Buches wünsche ich Spaß und Vergnügen beim Lesen.

Halle, im Sommer 2016

Torsten Kies

Danksagung

Beim Schreiben des Buches habe ich von vielen Seiten Unterstützung erfahren. Aus dem Kollegenkreis kam während des Entstehungsprozesses viel Motivation meist durch offene Zustimmung, mitunter auch durch verhaltene Bedenken, die ich mit der Buchherstellung nun gern ausräumen möchte. Besonderer Dank gilt meinem Kollegen Prof. Dr.-Ing. Ullrich für die technische Unterstützung beim Schreiben des Buches.

Starke Motivationsgeber fand ich in den Mitstreitern vom Halleschen Bezirksverein des VDI: Dr. Schmidt, Herrn Brüsehaber und Frau Prof. Dr. Hartmann. Vor allem die Zukunftspiloten Jamil, Niclas, Sebastian und Alexander sowie der Mitbetreuer Siegfried Blaudt testeten die dargestellten Projekte auf Herz und Nieren. Weitere Unterstützung bei der Umsetzung einiger Projekte kam von Roberto Hofmann vom Eigenbaukombinat Halle e. V., der mit Sonderschichten nach Feierabend einiges ermöglichte.

Ganz besonderer Dank gilt meinem familiären Umfeld. Meine liebe Frau suchte und fand viele meiner Rechtschreibfehler, die Kinder zeigten meist Verständnis, wenn der Familiencomputer blockiert wurde und ihnen nicht für Spiele zur Verfügung stand. Nun ist es geschafft und ich verspreche einige Säumnisse aus der letzten Zeit nachzuholen.

Halle, im Sommer 2016

Torsten Kies

1 Viele Wege führen zum Ziel ‒ Das Beispiel Flaschenöffner