Quelltext der Seite Maschinenelement

'''Maschinenelemente''' sind ''Bauteile'' oder ''Bauprinzipien'', die in unterschiedlichen [[Maschine]]n und [[Gerätetechnik|Gerät]]en jeweils gleiche oder ähnliche [[Funktion (Objekt)|Funktionen]] erfüllen und daher immer wieder in gleicher oder ähnlicher Form vorkommen.<ref>{{Literatur
   |Autor=Horst Haberhauer
   |Titel=Maschinenelemente
   |Auflage=18.
   |Verlag=Springer
   |Datum=2018}}, Seite 1: 1.1 Definition der Maschinenelemente</ref>
<ref>Albert Leyer: ''Maschinenkonstruktionslehre'', [[Birkhäuser Verlag|Birkhäuser]], 1963 Heft 1, S. 10: “Was heute erfunden wird, ist in einigen Jahren - sofern es von Bedeutung ist - ein Maschinenelement.”</ref>
Zu den [[Verbindungselement]]en, die eine Hauptgruppe der Maschinenelemente bilden, gehört z. B. als ''Bauteil'' eine [[Schraube]] und als ''Bauprinzip'' das [[Löten]].

Der Begriff bezieht sich zwar auf Maschinen, doch kommen Maschinenelemente außer in Maschinen und Geräten auch in [[Apparat (Verfahrenstechnik)|Apparaten]] und [[Anlage (Technik)|Anlagen]] der [[Verfahrenstechnik]] und im [[Ingenieurbau]] vor.

Schrauben und ähnliche relativ kleine ''Bauteile'' sind in fast allen ihren Eigenschaften (oftmals inkl. des [[Werkstoff]]s, aus denen sie bestehen, und physikalischer Eigenschaften, wie z.&nbsp;B. der individuellen Mindest-[[Festigkeit]]) [[Normung|genormt]] und lassen sich folglich zur Verwirklichung des ökonomisch günstigen Prinzips [[Austauschbau]] gesondert fertigen und verfügbar halten. Sie werden i.&nbsp;d.&nbsp;R. nach Größe abgestuft in Katalogen  angeboten. <br>
''Bauprinzipien'' wie Löt-, Schweiß- und weitere stoffliche Verbindungen sind nicht gegenständlich aber in ihren Ausführungen, Werkstoffeigenschaften o. Ä. normierbar. In Lehrbüchern sind sie übersichtlich in Konstruktionskatalogen dargestellt.

Die Maschinenelemente [[Achse (Maschinenelement)|Achsen]] und [[Welle (Mechanik)|Wellen]] sind Beispiele für den Übergang zwischen ''Bauteil'' und ''Bauprinzip''. Sie existieren nicht als Norm- bzw. Katalogteil. Sie sind ein ''Bauprinzip'', bei denen aber Geometrien und Abmessungen von Anschlussflächen genormt sind, damit ein Austauschbau mit anderen Maschinenelementen und -teilen möglich ist. Die auf Achsen und Wellen gesetzten [[Wälzlager]] sind wiederum ''Bauteile'', die sowohl in Normblättern als auch in Teile-Katalogen aufgeführt sind.

Es gibt auch ziemlich komplexe Maschinenelemente, wie z.&nbsp;B. ein [[Getriebe]], das sich der Hersteller-übergreifenden Massenfertigung und dem Prinzip Austauschbau entzieht. Ein [[Zahnradgetriebe]] wird z. B. dennoch als Maschinenelement im Zusammenhang mit seiner Funktion als [[Umformer]]element für [[Rotation (Physik)|Drehung]] und [[Drehmoment]] bezeichnet, wenn also die Maschinenelement-Bedeutung ''Bauprinzip'' (oder Konstruktionsprinzip) im Vordergrund steht. Das ist unabhängig davon, dass im Inneren dieses Getriebes  noch andere Maschinenelemente existieren wie z.&nbsp;B. ein bestimmtes ''Bauprinzip'' der [[Verzahnung#Passverzahnungen und Getriebe|Verzahnung]].

Der Begriffsteil ''Element'' nimmt oft Bezug auf ein kleinst mögliches Teil. Hier ist aber die kleinst mögliche und sinnvolle Organisationseinheit, die für die Funktion und die arbeitsteilige Herstellung technischer Objekte von Vorteil ist, gemeint. So wird eine [[Fahrradkette]], die aus den Teil-Elementen [[Bolzen (Befestigung)|Bolzen]], [[Hülse (Technik)|Hülsen]] und [[Lasche]]n zusammengesetzt ist, als Ganzes als Maschinenelement in einem [[Fahrrad]] behandelt.

Das '''Fach Maschinenelemente''' in der Ausbildung zum [[Ingenieur]]:<ref>{{Literatur
   |Autor=Hubert Hinzen
   |Titel=Maschinenelemente 1
   |Auflage=4.
   |Verlag=de Gruyter - Oldenbourg
   |Ort=
   |Datum=2017
   |ISBN=}} Vorwort: ''Das Fach Maschinenelemente''</ref><br>

Eine Maschine ist meistens zu komplex, um vom Student bereits verstanden zu werden. Im deutschsprachigen Raum wird er traditionell zunächst mit deren besser überschaubaren Komponenten bekannt gemacht, mit deren Kenntnis es ihm leichter fällt, eine vollständige Maschine zu erfassen. Das Fach Maschinenelemente wird zu einem frühen Bindeglied zwischen den ebenfalls im Grundstudium gelehrten Fächern [[Mathematik]], Physik (insbesondere [[Technische Mechanik]]), [[Werkstoffkunde]] u. a. (inkl. der eher handwerklichen Fächer [[Darstellende Geometrie]] und [[Technisches Zeichnen]]) und den Spezialfächern, die  der Student entsprechend der von ihm gewählten Fachrichtung im Hauptstudium besucht.

Der Student lernt nicht nur eine lose Gruppe von von ihm später immer wieder verwendeten Bauelementen kennen, sondern erwirbt auch Verständnis technischer Zusammenhänge. Man strebt heute nicht mehr einen möglichst weitreichenden Katalog von Maschinenelementen an, sondern bemüht sich  schon im Grundstudium darum, ingenieurwissenschaftliche Grundlagen und  eine zusammenhängende Struktur in den Maschinenelementen zu vermitteln. Im Fach Maschinenelemente wird  im kurz vorher (manchmal auch zeitlich parallel) gehörten Fach Technische Mechanik bei der Behandlung von relativ komplexen, von der Normung nicht oder wenig erfassten  Bauelementen   technisches Grundwissen (insb. über Festigkeit und Verformung) angewendet, sowohl in den Vorlesungen als auch in den sie begleitenden Übungen.

== Gliederung ==
=== Allgemeines ===
Die Einteilung von Maschinenelementen in Handbüchern, Tabellen oder Lehrbüchern beginnt in der Regel mit den ''[[Verbindungselement]]en''. Wegen der Mannigfaltigkeit der Maschinenelemente ist darüber hinaus aber bisher keine einheitliche Gliederung entstanden. Sie werden oft ohne erkennbares Systematisierungs-Kriterium in beliebiger Reihenfolge behandelt. Lehrbücher lassen gelegentlich den Arbeits-Schwerpunkt ihrer Autoren erkennen, weil einige Maschinenelemente nur kurz oder gar nicht behandelt sind.

Einen Vorschlag für eine grundlegende Systematisierung hat [[Karl Kutzbach]] bereits 1927 gemacht.<ref> Karl Kutzbach: ''Systematik der Maschine''. In: ''Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure'', Band 71, 1927, S. 1200</ref> [[Siegfried Hildebrand]] hat ihn 1968 bei der Gliederung der feinmechanischen Bauelemente aufgegriffen.<ref>Siegfried Hildebrand: ''Feinmechanische Bauelemente''. Hanser, 1968.</ref>
Seine Gliederung bezieht sich zwar vorwiegend auf den Feingerätebau, enthält aber von wenigen Ausnahmen abgesehen alle im allgemeinen Maschinenbau vorkommenden Maschinenelemente. Die Elemente dort haben i.&nbsp;d.&nbsp;R. größere Abmessungen, sind aber den hier behandelten im Prinzip ganz gleich.<Ref Group="Anm.">Der Feingerätebau ist eine Fachrichtung innerhalb des Maschinenbaus. Weil die [[Energieumwandlung|Energie-]] und [[Stoffumwandlung]] in feinmechanischen Geräten eine untergeordnete Rolle spielt, fehlen in der vorliegenden Aufstellung Maschinenelemente, die vorwiegend bei [[Kraftmaschine|Kraft-]] und [[Arbeitsmaschine]]n und [[Verfahrenstechnik|verfahrenstechnischen]]  [[Anlage (Technik)|Anlage]]n vorkommen. Andererseits ist die Zahl feinmechanischer Geräte größer als die Zahl der verschiedenartigen Maschinen in jeder anderen Fachrichtung, so dass die in ihnen vorkommenden Maschinen-/Bauelemente-Zahl besonders groß ist. In ihnen sind auch optische und [[elektrisch]]/[[elektronisch]]e Bauelemente enthalten, was die Zahl der Maschinen-/Bauelemente nochmals erhöht. </ref>

In den fünf im Abschnitt Literatur angegebenen Werken mit dem Titel Maschinenelemente oder -teile (z. T. in mehreren Bänden) werden je  10 bis 15 verschiedene Maschinenelemente (Bauteile oder Bauprinzipien) aufgezählt. Abgesehen davon, dass nicht immer gleiche Bezeichnungen verwendet werden,  kommen nur fünf Maschinenelemente bzw. -elementegruppen  in allen fünf Werken vor.  Diese sind:
* [[Schraube]]n/[[Gewinde]],
* [[Niet]]e,
* [[Feder (Technik)|Federn]]
* [[Achse (Maschinenelement)|Achsen]]/[[Welle (Mechanik)|Wellen]],
* [[Getriebe#Formschlüssige Getriebe|Zahnradgetriebe]].

=== Eine Gliederung aus dem allgemeinen Maschinenbau ===
Eine relativ ausführliche und mehrstufige Gliederung ist die folgende, aus dem Lehrbuch von Horst Haberhauer (siehe Literatur, am Ende der Aufzählung) entnommene:

==== Verbindungselemente ====
* Schweißverbindungen
* Löt- und Klebeverbindungen
* Reib- und Formschlussverbindungen
* Nietverbindungen
* Schraubenverbindungen
* Elastische Verbindungen (hier sind die Federn aufgeführt, die in anderen Gliederungen als Speicherelemente aufgefasst werden)

==== Dichtungen ====
* Dichtungen zwischen ruhenden Bauteilen
* Dichtungen zwischen bewegten Bauteilen

==== Elemente der drehenden Bewegung ====
* Achsen und Wellen
* Gleit- und Wälzlager
* Kupplungen und Bremsen

==== Elemente der geradlinigen Bewegung ====
* Paarung ebener und zylindrischer Flächen

==== Elemente zur Übertragung gleichförmiger Drehbewegungen ====
* Zahnradgetriebe
* Reibradgetriebe
* Zugmittelgetriebe

=== Eine  Gliederung aus der Feinmechanik ===
Aus der Maschinenbau-Fachrichtung Feinmechanik bzw. Feingerätetechnik sind bisher nur die o. g. Gliederung von Hildebrand und die seines Schülers [[Werner Krause (Ingenieur)|Werner Krause]] (* 1937) (siehe Abschnitt Literatur) bekannt.

Im Folgenden ist die Gliederung von Hildebrand dargestellt. Sie ist systematischer und stärker gegliedert (z. B. von nur zwei bzw. drei Hauptgruppen ausgehend) als die oben dargestellte. Alle darin enthaltenen Kategorien werden genannt. Hingegen werden ihnen  von den einzelnen Maschinenelementen (Bauteilen und Bauprinzipien) wegen derer Vielzahl  nur jeweils einige Beispiele beigefügt.  Die nicht-mechanischen Elemente werden weggelassen, bzw. es wird kein Beispiel von ihnen beigefügt.

Hildebrand bildet drei Hauptgruppen, von denen die erste die ''Verbindungselemente'' enthält.<ref>Hildebrand. Seite 121: Tafel 2.1 Übersicht über die Verbindungselemente ...</ref> In  den beiden anderen sind ''Arbeitselemente''  bzw.  ''Anpassungselemente'' zusammengefasst. Die beiden anderen bezeichnet er – nochmals zusammenfassend – als ''Funktionselemente''.<ref>Hildebrand. Seite 288: Tafel 3.1 Übersicht über die Funktionselemente ...</ref>

Die ''Arbeitselemente'' werden in Speicher, Leitungen (bzw. Führungselemente) und Umformer eingeteilt, ''„da jeder Funktionswert gespeichert, fortgeleitet und umgeformt werden kann, …“''<ref name="H287">Hildebrand, Seite 287</ref><br>
''Die Anpassungselemente dienen zum Beeinflussen der Arbeitselemente oder zum Steuern und Regeln. … „Sie sind deshalb in Ruheelemente (Widerstände), in Schaltelemente und Steuer- und Reglerelemente unterteilt.“''<ref name="H287"/>

==== Verbindungselemente ====
[[Datei:Ruuvit.jpg|mini|[[Schrauben]] sind Verbindungselemente]]

* stoffliche Veränderung ([[Kleben]], [[Löten]], [[Schweißen]] u. a.)
* plastische Verformung ([[Niet]]en, [[Bördeln]], [[Falzen]] u. a.)
* elastische Verformung ([[Schraube|Verschrauben]], [[Stift (Maschinenbau)|Verstiften]], [[Passfeder|Verkeilen]], [[Pressverbindung|Verpressen]] u. a.)
* Schachteln
Weitere Ordnungs-Kriterien sind: lösbar, bedingt lösbar und nicht lösbar.

Einzelaufzählung (Auswahl):<br>
* [[Verbindungselement]]e
** [[Schrauben]]
** [[Niet]]e
** [[Schweißverbindung]]en
** [[Löten|Lötverbindungen]]
** [[Kleben|Klebeverbindungen]]
** [[Bolzen (Befestigung)|Bolzen]], [[Stift (Maschinenbau)|Stifte]]

==== Arbeitselemente ====
[[Datei:L-feder.png|mini|[[Feder (Technik)|Federn]] sind Speicherelemente]]

* Speicherelemente ([[Feder (Technik)|Federn]], [[Schwungrad|Schwungräder]], [[Kreisel]], [[Unruh (Uhr)|Unruhen]], [[Pendel]] u. a.)
: Weitere Ordnungs-Kriterien sind: statisch, dynamisch.
* Leitungs- bzw. Führungselemente ([[Achse (Maschinenelement)|Achsen]], [[Welle (Mechanik)|Wellen]], [[Gleitlager|Gleit-]] und [[Wälzlager]], [[Gelenk (Technik)|Gelenke]], [[Geradführung]]en u. a.)
* Umformerelemente  ([[Getriebe#Getriebearten|Getriebe]])

Einzelaufzählung (Auswahl):<br>
* Arbeitselemente
** ''Speicherelemente''
*** [[Feder (Technik)|Federn]]
*** [[Schwungrad|Schwungräder]]
** ''Führungselemente'' (Leitungen)
*** [[Lager (Maschinenelement)#Gleitlager|Gleitlager]] und [[Wälzlager]]
*** [[Achse (Technik)|Achsen]] und [[Welle (Mechanik)|Wellen]]
** ''Umformerelemente''
*** [[Zahnrad|Zahnräder]] und [[Zahnradgetriebe]]
*** [[Reibradgetriebe#Reibradgetriebe|Reibradgetriebe]]
*** [[Zugmittelgetriebe]]
*** [[Schraubengetriebe]]
*** [[Koppelgetriebe]]
*** [[Kurvengetriebe]]

==== Anpassungselemente ====
[[Datei:A-4 triple flux clutch.jpg|mini|hochkant|Eine elektromagnetische [[Kupplung]] ist ein Ruheelement]]
* Ruhelelemente bzw. Widerstände:<br> Ruheelemente haben die Aufgabe, einen Ruhezustand zu erzeugen oder zu erhalten. Sie sind den Führungselementen verwandt, die aber nur einzelne Bewegungsfreiheiten auszuschließen haben. Ruheelemente im engeren Sinn sind ''[[Gesperre]]'' und ''[[Anschlag (Mechanik)|Anschläge]]''. Spezielle Ruheelemente sind ''[[Kupplung]]en'' (Gesperre zwischen zwei Wellen) und ''[[Bremse]]n'' (variabler Widerstand).<ref>Hildebrand, S. 667 und 668</ref><br>Weitere Ordnungskriterien sind: starr, nachgiebig mit Energiespeicherung.
* Schaltelemente:<br>Schaltelemente (bzw. Sperrgetriebe) sind Getriebe, bei denen ein Abtriebsglied während der Schaltzeit aus einer Ruhelage in eine andere gebracht und dann in dieser festgehalten wird.<ref> Hildebrand, Seite 749</ref> Sie werden unterteilt in ''Schaltwerke'' ([[Sperrklinke|Klinkenschaltwerk]], Räderschaltwerk (z. B. ein [[Malteserkreuzgetriebe]]), Greiferschaltwerk u.&nbsp;a.), ''Spannwerke'' (Sperr- (z. B. ein [[Kugelschreiber#Druckknopfkugelschreiber|Druckknopfschreibstift]]) und Kippspannwerk) und ''Sprungwerke'' (Sperr-) und Kippsprungwerk (z. B. ein [[Kippschalter]])).
* Steuer- und Reglerelemente (bzw. Geschwindigkeitsgleichhalter, zum Beispiel eine [[Hemmung (Uhr)|Uhren-Hemmung]]).

Einzelaufzählung (Auswahl):<br>
* Anpassungselemente
** ''Ruheelemente''
*** [[Gesperre]]
*** [[Anschlag (Mechanik)|Anschläge]]
*** [[Kupplung#Ausgleichskupplungen|Kupplungen]] und [[Kupplung (Kraftfahrzeug)#Lösbare Kupplung|Schaltkupplungen]]
*** [[Bremse]]n

** ''Schaltelemente''
*** [[Schaltwerk]] (zum Beispiel [[Malteserkreuzgetriebe]]=''Räderschaltwerk'', [[Schalter (Elektrotechnik)|Schalter/Elektrotechnik]]=''Kippsprungwerk'')
** ''Steuer- und Reglerelemente''
*** Bremsregler (zum Beispiel [[Fliehkraftregler]])
*** Hemmregler (zum Beispiel [[Hemmung (Uhr)|Uhren-Hemmung]])

==== Ergänzende Elemente ====
Die folgenden Elemente sind keine Feinmechanischen Bauelemente. Es handelt sich um ein paar der wenigen Elemente, um die die vorstehenden Aufstellung zu ergänzen wäre, um für den gesamten Maschinenbau gültig zu sein.

Einzelaufzählung (Auswahl):
* Sonstige Elemente
** [[Dichtung (Technik)|Dichtungen]], oft gegen Öl in Kraft- und Arbeitsmaschinen
** [[Rohrleitung]]en, [[Behälter]] und [[Absperrorgane]], in verfahrenstechnischen Anlagen

== Literatur ==
* {{Literatur
   |Autor=Christian Spura, Bernhard Fleischer, Herbert Wittel, Dieter Jannasch
   |Titel=Roloff/Matek Maschinenelemente 
   |Auflage=26.
   |Verlag=Springer
   |Ort=Wiesbaden
   |Datum=2023
   |ISBN=}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Siegfried Hildebrand]]
   |Titel=Feinmechanische Bauelemente
   |Auflage=1.
   |Verlag=Hanser
   |Ort=München
   |Datum=1968
   |ISBN=}}
* {{Literatur
   |Autor=Werner Krause
   |Titel=Konstruktionselemente der Feinmechanik
   |Auflage=4.
   |Verlag=Hanser
   |Ort=München
   |Datum=2018
   |ISBN=}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Gustav Niemann]], Hans Winter, Bernd-Robert Höhn
   |Titel=Maschinenelemente 1, Konstruktion und Berechnung von Verbindungen, Lagern, Wellen
   |Auflage=4.
   |Verlag=Springer
   |Ort=München
   |Datum=2005
   }}
* {{Literatur
   |Autor=Gustav Niemann, Hans Winter, Bernd-Robert Höhn
   |Titel=Maschinenelemente 2, Getriebe allgemein, Zahnradgetriebe - Grundlagen, Stirnradgetriebe
   |Auflage=2.
   |Verlag=Springer
   |Ort=München
   |Datum=2003
   |ISBN=}}
* {{Literatur
   |Autor=Gustav Niemann, Hans Winter, Burkhard Neumann
   |Titel=Maschinenelemente 3,  Schraubrad-, Kegelrad-, Schnecken-, Ketten-, Riemen-, Reibradgetriebe, Kupplungen, Bremsen, Freiläufe
   |Verlag=Springer
   |Ort=München
   |Datum=2004
   |ISBN=
   |Kommentar=Nachdruck
   |JahrEA=1983}}
* {{Literatur
   |Autor=Hubert Hinzen
   |Titel=Maschinenelemente 1
   |Auflage=4.
   |Verlag=de Gruyter - Oldenbourg
   |Ort=
   |Datum=2017
   |ISBN=}}
* {{Literatur
   |Autor=Hubert Hinzen
   |Titel=Maschinenelemente 2
   |Auflage=4.
   |Verlag=de Gruyter - Oldenbourg
   |Ort=
   |Datum=2018
   |ISBN=}}
* {{Literatur
   |Autor=Hubert Hinzen
   |Titel=Maschinenelemente 3
   |Auflage=1.
   |Verlag=de Gruyter - Oldenbourg
   |Ort=
   |Datum=2016
   |ISBN=}}
* {{Literatur
   |Autor=Bernd Künne
   |Titel=Köhler/Rögnitz:  Maschinenteile 1
   |Auflage=9.
   |Verlag=Teubner
   |Ort=Stuttgart, Leipzig, Wiesbaden
   |Datum=2003
   |ISBN=}}
* {{Literatur
   |Autor=Bernd Künne
   |Titel=Köhler/Rögnitz:  Maschinenteile 2
   |Auflage=9.
   |Verlag=Teubner
   |Ort=Stuttgart, Leipzig, Wiesbaden
   |Datum=2004
   |ISBN=}}
* {{Literatur
   |Autor=K.-H. Decker u. a.
   |Titel=Maschinenelemente
   |Auflage=20.
   |Verlag=Hanser
   |Ort=München
   |Datum=2018
   |ISBN=}}
* {{Literatur
   |Autor=Horst Haberhauer
   |Titel=Maschinenelemente
   |Auflage=18.
   |Verlag=Springer Vieweg
   |Ort=
   |Datum=2018
   |ISBN=}}

== Einzelnachweise ==
<references />

== Anmerkungen ==
<references group="Anm." />

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