Grundlagen der Konstruktionswerkstoffe für Studium und Praxis E-Book

Janko Auerswald

• Herausgeber: Wiley-VCH GmbH
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 733

Veröffentlichungsjahr: 2023

Beschreibung

Grundlagen der Konstruktionswerkstoffe für Studium und Praxis

Der anwendungsorientierte Einstieg in die Welt der Konstruktionswerkstoffe für Studierende des Maschinenbaus und der Werkstoffwissenschaften!

Viele Studierende nehmen die Werkstoffkunde anfangs als sehr trockene Disziplin wahr. Dabei ist die Welt der Werkstoffe eine überaus faszinierende. Die profunde Kenntnis von Struktur und Eigenschaften der Werkstoffe öffnet Türen zum Einstieg in High-Tech-Branchen wie Maschinenbau, Lasertechnik und Photonik, Medizintechnik, erneuerbare Energien, Präzisionsmechanik, Luft- und Raumfahrt oder Mikro- und Nanotechnologie.

Mit seinem Fokus auf Konstruktionswerkstoffe richtet sich das Lehrbuch an angehende Ingenieurinnen und Ingenieure der Fachrichtungen Maschinenbau und Werkstoffwissenschaften. Dabei werden die Grundlagen ausführlich dargestellt und stets mit Bezügen zu Praxisanwendungen flankiert. Der Inhalt deckt alle fürs Studium relevanten Themen ab: Metallkunde, Legierungskunde, das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, Werkstoffprüfung, Korrosion, Oberflächentechnik und die Werkstoffe Stahl, Eisengusswerkstoffe, Aluminium und andere Nichteisenmetalle, Keramik und Glas sowie Polymere.

Anschaulich: mehr als 400 farbige Abbildungen und Illustrationen erhöhen die Übersichtlichkeit und den Spaß am Lernen

Hilft bei der Prüfungsvorbereitung: Kapitelzusammenfassungen und zahlreiche Aufgaben mit Lösungen im Anhang

Motivierend: der Praxisbezug zu modernen Anwendungen aus High-Tech-Industrien sorgt für Aha-Effekte und stärkt das Durchhaltevermögen bei der Durchdringung des Lernstoffs

Leseprobe

Grundlagen der Konstruktionswerkstoffe für Studium und Praxis

Janko Auerswald und Pius Portmann

Autoren

Prof. Dr. Janko AuerswaldInstitut für Maschinen- und EnergietechnikHochschule LuzernTechnikumstrasse 216048 HorwSchweiz

Prof. Pius PortmannInstitut für Maschinen- und EnergietechnikHochschule LuzernTechnikumstrasse 216048 HorwSchweiz

TitelbildUnter Verwendung einer Abbildung von iStock (ID 1199394895/ChrisGorgio).

Zusatzmaterial fur Dozentinnen und Dozenten erhältlich unter www.wiley-vch.de/textbooks

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© 2023 Ernst & Sohn GmbH. Published 2023 by Ernst & Sohn GmbH

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Umschlaggestaltung WileySatz le-tex publishing services GmbH, Leipzig

Print ISBN 978-3-527-35115-2ePDF ISBN 978-3-527-83997-1ePub ISBN 978-3-527-83996-4

Gedruckt auf säurefreiem Papier.

Vorwort

Die Reise durch das Fachgebiet der Werkstoffkunde erscheint anfangs wie der Aufbruch in eine neue, unbekannte Welt. Atome, Ionen und Moleküle sind so unvorstellbar klein. Ungewohnte Begriffe und Phänomene pflastern den Weg. Interdisziplinäres Wissen ist gefragt. Taucht man jedoch tiefer in die Materie ein, so gewinnen die Werkstoffwissenschaften schnell an Faszination. Es handelt sich um eine Welt von beeindruckender Hochtechnologie und verblüffender Erkenntnisse.

Konstruktionswerkstoffe erfüllen ihre Aufgaben auf Grund besonderer mechanischer, thermischer oder tribologischer Eigenschaften im Maschinenbau, in der Automobilindustrie, in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizintechnik und in vielen anderen Anwendungsgebieten. Funktionswerkstoffe zeichnen sich hingegen durch ihre speziellen physikalischen, elektronischen, magnetischen oder optischen Eigenschaften aus (siehe auch „Grundlagen der Funktionswerkstoffe für Studium und Praxis“, erschienen 2021 im Verlag Wiley-VCH).

Die ersten Kapitel dieses Buches widmen sich den theoretischen Grundlagen der Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung. Von großer Bedeutung ist aber auch die praktische Erfahrung. Daher wird im zweiten Teil des Buches die vermittelte Theorie mit zahlreichen technischen Anwendungen metallischer, keramischer und polymerer Werkstoffe vertieft. Fallstudien, Praxisbeispiele, Übungsaufgaben und die Kapitelzusammenfassungen helfen bei der Verankerung des neu erlernten Wissens.

Viele Anwendungen stellen sehr komplexe Anforderungen an die Werkstoffe. Oft gilt es, einen guten Kompromiss zwischen verschiedenen Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Temperaturbeständigkeit oder Korrosionsbeständigkeit zu finden. Dazu ist ein Verständnis grundlegender Zusammenhänge nötig, die in diesem Buch vermittelt werden.

Ein Getriebe z. B. überträgt Kräfte. In einem klassischen Automobil sind diese Kräfte relativ groß. Die massiven Getriebeteile bestehen aus wärmebehandelten Stählen mit hoher Oberflächenhärte und Festigkeit bei gleichzeitig guter Zähigkeit. Ein mechanisches Werk von Armbanduhren ist eine völlig andere Art von Getriebe. Es überträgt wesentlich kleinere Kräfte. Die filigranen Zahnräder, Ritzel, Wellen, Spiralfedern und Hebel müssen leicht, unmagnetisch, korrosionsbeständig, reibungsarm und optisch ansprechend sein (Abb. 1). Dementsprechend fällt die Werkstoffwahl hier eher auf Kupferlegierungen, austenitische rostfreie Edelstähle, keramische Werkstoffe, Hightechbeschichtungen oder sogar auf teure Edelmetalle, Refraktärmetalle und oberflächenbehandeltes Silizium.

Abb. 1 Mechanik, Fertigungstechnik und Werkstofftechnologie in faszinierender Perfektion. Filigrane Komponenten aus hochwertigen Materialien und Beschichtungen bilden das Werk einer skelettierten Armbanduhr mit automatischem Aufzug.

Neue Materialien verschieben in unserer dynamischen Welt permanent die Grenzen der technischen Möglichkeiten. Produkte mit besonderen Eigenschaften und schönem Design basieren auf einer gut durchdachten Auswahl der Werkstoffe. Die Werkstofftechnik ist zu einer Schlüsseltechnologie in vielen Branchen geworden. Das Knowhow und die praktischen Fähigkeiten innovativer Ingenieurinnen und Ingenieure sind in diesem Zusammenhang von unschätzbarem Wert. Sie können die Zukunft mitgestalten.

Technischer Fortschritt und Wirtschaftswachstum implizieren aber auch eine Verantwortung für unsere Mitmenschen und unsere Umwelt. Werkstoffe entstehen aus Rohstoffen, den Schätzen unserer Erde. Ein nachhaltiger und gerechter Umgang mit diesen wertvollen Ressourcen gewinnt in unserer globalisierten Wirtschaft zunehmend an Bedeutung. Daher ist es angebracht, auch diesem schwierigen Thema einige Gedanken in einem persönlichen Schlusswort zu widmen.

Liebe Studierende und Praktizierende! Möge unser Buch Ihnen den Eintritt in die faszinierende Welt der Werkstoffe erleichtern und als reichhaltige Inspirationsquelle für zukünftige Ideen und wertvolle Innovationen dienen.

Luzern im Juli

Janko Auerswald und Pius Portmann

Danksagung

Als federführender Autor danke ich meinem Ko-Autor und langjährigen Kollegen Pius Portmann, der mich auch noch aus seinem Ruhestand heraus tatkräftig unterstützt hat, für seine wertvollen Beiträge. Ich danke allen Firmen, die mir großzügig Bildmaterial zur Verfügung gestellt haben. Dem Team des Wiley-VCH Verlags und le-tex publishing services GmbH danke ich einmal mehr für die großartige Unterstützung.

Für die Vorbereitung und Analyse praktischer Anschauungsbeispiele unter meiner Anleitung danke ich den Teilnehmenden der Werkstofflaborblockwochen der Hochschule Luzern (University of Applied Sciences Lucerne), den angehenden Ingenieuren des Maschinenbaus oder der Medizintechnik Gabriel Aebi, Mario Berchtold, Adrian Briker, Sven Burri, Lorenzo Elefante, Andreas Felder, Emanuel Furrer, Basil Imfeld, Colin Krummenacher, Dario Marty, Armando Muff, Nico Stalder, Niklaus Staub, Jan Wandeler, Joel Zuber, Dario Allgäuer, Ricardo Aneiros, Majuran Chandrasegaran, Thomas Fischer, Kilian Jans, Jan Lötscher, Lukas Moser, Daniel Niederberger, Toma Sarbach, Jan Scala, Robin Schaumlechner, Dominik Stöckli, Lukas Studer, Gabriel Waldvogel, Manuel Walker, Björn Zimmermann, Lukas Zimmermann, Jerome Schmidiger, Simon Lussy und Luca Lo Presti sowie Bruno Bircher, Roger Beck, Marc Beissel, Silvan Bieri, Manuel Blaser, Simon Brügger, Florian Bucher, Elias Holdener, Lukas Huber, Tobias Imfeld, Julian Jenny, Samuel Kirch, Mateo Kljajic, Jonas Koller, Denis Lecardonnel, Annick Lehner, Joshua Leuthard, Reto Mathis, Dominic Moreillon, Sylvan Mutter, Guillermo Pomphile, Martin Rogger, Fabio Schmid, Nicola Schnider, Marco Schnidrig, Lukas Schnyder, Manuel Senn, Nicolas Staubli, Simon Steinecker, Christian Stocker, Nicolas Studer, Michael Tschan, Samuel Ulmer, Kai Wicki, Colin Willimann und Tom Luca Zwimpfer.

Eine besondere Würdigung verdient in diesem Zusammenhang der unermüdliche Einsatz und das sehr kompetente Mitwirken meines wissenschaftlichen Mitarbeiters Christoph Fallegger. Ich danke Patrick Margraf, Anina Berger, Gunter Bürkle, Felix Graf, Samuel Heinzer und Toni Rechsteiner für wertvolle Diskussionen und Informationen.

Mein größter Dank gilt meiner wunderbaren Familie und meinen Eltern. Liebe kann Grenzen und Mauern überwinden.

Janko Auerswald