Handbuch Technische Oberflächen: Typologie, Messung Und Gebrauchsverhalten

ISBN-13: 9783322831026 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 466 str.

Herbert Von Weingraber; Mohamed Abou-Aly

Opis

Das Handbuch behandelt die den Praktiker und den Wissenschaftler gleichermassen interessierenden vielschichtigen Probleme, die mit der Herstellung, der Prufung und dem Gebrauchsverhalten der Oberflachen technischer Erzeugnisse verknupft sind. Die Methoden zur quantitativen Beurteilung der geometrischen Beschaffenheit erzeugter Oberflachen werden kritisch einander gegenubergestellt. Besonderes Augenmerk gilt den statistischen Verfahren zur wissenschaftlichen Aufklarung der Zusammenhange, die zwischen den Fertigungsbedingungen und dem erzeugten Oberflachencharakter bestehen. Diesegeometrischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften einer Oberflache - zusammengefasst unter dem Begriff Oberflachenzustand - bestimmen deren Gebrauchsverhalten bei einer vorgegebenen Beanspruchung. Tribologische Vorgange und Korrosion werden abschliessend erlautert., (. . .) Eine klare und ubersichtliche Gliederung fordert die Benutzung dieses Handbuches. Es ist seit dem Erscheinen der, Technischen Oberflachenkunde' von G. Schmaltz im Jahre 1936 das erste neuere Werk zu diesem Thema. (...)"W. HillmannPTB-Mitteilungen 1/1990"

Spis treści

1 Grundlagen.- 1.1 Begriffe „Fläche“, „Oberfläche“, „Technische Oberfläche“.- Schrifttum zum Abschnitt 1.1.- 1.2 Erzeugen technischer Oberflächen.- 1.2.1 Fertigungsbedingter Oberflächenzustand.- 1.2.2 Übersicht über die wichtigsten Fertigungsverfahren.- Schrifttum zum Abschnitt 1.2.- 2 Physikalische und chemische Eigenschaften der Oberflächengrenzschicht.- 2.1 Einführende Bemerkungen.- Schrifttum zum Abschnitt 2.1.- 2.2 Grenzschichten der Oberfläche.- 2.2.1 Innere Grenzschicht.- 2.2.2 Äußere Grenzschicht.- Schrifttum zum Abschnitt 2.2.- 3 Erfassen der geometrischen Oberflächenbeschaffenheit.- 3.1 Oberfläche als räumliches Gebilde.- 3.1.1 Die Zeichnung, ein Mittel zur Darstellung der Oberflächen technischer Körper.- 3.1.2 Die Einzelflächen technischer Körper und ihre Lage-, Maß- und Gestaltabweichungen.- Schrifttum zum Abschnitt 3.1.- 3.2 Voraussetzungen für das dreidimensionale und zweidimensionale Auswerten von Einzelflächen.- 3.2.1 Bei der Beurteilung technischer Oberflächen auftretende Probleme.- 3.2.2 Notwendigkeit eindeutiger Bezugsflächen.- 3.2.3 Darstellung technischer Oberflächen an Hand von Schnittlinien.- 3.2.4 Festlegen einheitlicher Koordinatensysteme für die zwei- und dreidimensionale Beschreibung von Einzelflächen technischer Körper.- 3.2.5 Stützfläche, Toleranzfläche und Regressionsfläche als Ausgangsflächen für das Errichten von Bezugssystemen.- 3.2.6 Übergang vom dreidimensionalen zum zweidimensionalen Auswerten.- 3.2.7 Die tragende Fläche.- Schrifttum zu Abschnitt 3.2.- 3.3 Bezugssysteme und die aus ihnen abgeleiteten Oberflächenmeßgrößen.- 3.3.1 Zahlenmäßiges Erfassen einzelner Ordnungen der Gestaltabweichung.- 3.3.2 Bezugssysteme für das zweidimensionale Erfassen von Istprofilen.- 3.3.2.1 Zuordnung der Gestaltabweichung zu bestimmten Ordnungen.- 3.3.2.2 Bezugsstreckenfilterung.- 3.3.2.3 Systeme ausmittelnder Bezugslinien (Mittelliniensysteme, M-Systeme).- A) Die Bezugssysteme Mc und Mr.- B) Das Bezugssystem Mo.- C) Die Bezugssysteme Me und Mek.- 3.3.2.4 Aufbau universeller Bezugssysteme einhüllender Flächen und Profile (enveloping systems, E-Systeme).- A) Die Zweckmäßigkeit universell anwendbarer Bezugssysteme.- B) Das räumliche Bezugssystem einhüllender Flächen (EF-System).- C) Das System einhüllender Bezugsprofile (EP-System).- 3.3.2.5 Französisches Verfahren einhüllender Linienzüge zur Trennung von Welligkeit und Rauheit (hier als FN-System bezeichnet).- 3.3.3 Meßgrößen für das quantitative Erfassen der geometrischen Beschaffenheit technischer Oberflächen.- 3.3.3.1 Meßgrößen für die Gestaltabweichung G.- 3.3.3.2 Meßgrößen für die Formabweichung.- 3.3.3.3 Meßgrößen für die Welligkeit.- 3.3.3.4 Meßgrößen für die Rauheit.- A) Senkrechtmeßgrößen der Rauheit.- B) Waagerechtmeßgrößen der Rauheit.- C) Rauheitsgrade.- 3.3.3.5 Zusammenfassende Übersicht genormter oder empfohlener Oberflächenmeßgrößen.- 3.3.3.6 Kritische Betrachtung der verschiedenen Rauheitsmeßgrößen.- A) Einige allgemeine Vorbemerkungen.- B) Die zwischen Rauheitsmeßgrößen bestehenden Beziehungen.- I. Meßgrößen der Bezugssysteme Mc und Mr (Bezugsstrecke nfüterung).- II. Meßgrößen des Bezugssystems Me bzw. Mek (elektrische Filterung).- III. Beziehungen zwischen Meßgrößen verschiedener Bezugssysteme.- 3.3.4 Kennzeichnung der geometrischen Oberflächenbeschaffenheit in Zeichnungen.- Schrifttum zum Abschnitt 3.3.- 3.4 Oberfläche als statistisches Problem.- 3.4.1 Einleitende Bemerkungen.- 3.4.2 Statistische Parameter und Verteilungen.- 3.4.2.1 Ordinatenverteilungskurve.- 3.4.2.2 Bedeutung der zentralen Momente für die weiteren Betrachtungen.- 3.4.2.3 Abbottsche Tragkurve.- 3.4.2.4 Neigungsverteilung und mittlere Neigung.- 3.4.2.5 Spitzenverteilung nichtperiodischer und stochastischer Profile.- 3.4.2.6 Profillänge.- 3.4.2.7 Profileinhüllende nach Peklenik.- 3.4.3 Korrelationsanalyse.- 3.4.3.1 Autokorrelationsfunktion.- 3.4.3.2 Kreuzkorrelationsfunktionen.- 3.4.3.3 Leistungsspektrum (Leistungsdichtefunktion).- 3.4.4 Mathematische Näherung von Oberflächenprofilen und Verteilungen.- 3.4.4.1 Näherung des Profils z (x) durch verschiedene Linearkombinationen von Basisfunktionen.- 3.4.4.2 Näherung des Profils z (x) durch trigonometrische Reihen.- 3.4.4.3 Näherung des Profils z (x) durch Tschebyscheffpolynome.- 3.4.4.4 Beschreibung der Ordinatenverteilung durch Betafunktionen.- Schrifttum zum Abschnitt 3.4.- 4 Prüfen und Messen der geometrischen Oberflächenbeschaffenheit.- 4.1 Subjektives Beurteilen von Oberflächen.- 4.1.1 Allgemeine Bemerkungen.- 4.1.2 Wahrnehmen mit dem Auge.- 4.1.2.1 Zur Physiologie des Auges.- 4.1.2.2 Beobachten der Oberfläche mit unbewehrtem Auge.- 4.1.3 Wahrnehmen mit dem Hautsinn.- 4.1.3.1 Zur Physiologie des Hautsinns.- 4.1.3.2 Beurteilen von Oberflächen mittels des Tastsinns.- 4.1.4 Subjektiver Vergleich von Oberflächen.- 4.1.4.1 Prüfen mit Oberflächenvergleichsmustern.- Schrifttum zum Abschnitt 4.1.- 4.2 Erzeugen und Betrachten vergrößerter Bilder von Oberflächenausschnitten.- 4.2.1 Grundsätzliches.- 4.2.1.1 Strahlungsarten.- A) Lichtstrahlung.- B) Korpuskularstrahlung.- 4.2.1.2 Auflösungsgrenze.- 4.2.1.3 Erzeugen von Raumbildern.- A) Stereoskopische Verfahren.- B) Holographische Verfahren.- 4.2.2 Lichtmikroskopisches Betrachten von Oberflächen.- 4.2.2.1 Lichtmikroskope.- 4.2.2.2 Quantitatives Auswerten lichtmikroskopischer Bilder.- 4.2.2.3 Photographische Wiedergabe von Oberflächen.- A) Makrophotographie.- B) Mikrophotographie.- 4.2.3 Betrachten von Oberflächen mit Hilfe von Korpuskularstrahlen.- Schrifttum zum Abschnitt 4.2.- 4.3 Optische Meßverfahren und -geräte.- 4.3.1 Verfahren und Geräte für das Erzeugen optischer Schnitte.- 4.3.1.1 Lichtschnittverfahren und -gerate.- 4.3.1.2 Schattenwurfverfahren.- 4.3.1.3 Interferenzverfahren und -gerate.- A) Grundlagen, Zweistrahlinterferenzen.- B) Vielstrahlinterferenzen.- C) Äquidensitenverfahren.- D) Photogrammetrische Verfahren.- E) Fokussierungsverfahren.- 4.3.2 Reflexionsverfahren.- 4.3.2.1 Reflexionsverfahren nach Heinrichs.- 4.3.2.2 Reflexionsverfahren nach Brodmann, Thum und Gast.- 4.3.3 Weißlichtverfahren (Phasenkontrast-Verfahren).- 4.3.4 Auf der Benutzung des Lasers beruhende Geräte.- 4.3.4.1 Vorbemerkungen.- 4.3.4.2 Laser-Profilometer.- A) Allgemeines.- B) Aufbau des Laser-Profilometers.- C) Antasten mit Hilfe eines fokussierten Laser-Lichtbündels.- D) Mikroprofilometer, nach dem photometrischen Gleichgewicht arbeitend.- E) Heterodyn-Profilometrie.- F) Optischer Mikrotaster.- G) Optischer Meßtaster UBF 60 der Firma Breitmeier.- 4.3.4.3 Holographische Interferometrie.- 4.3.4.4 Auf den Reflexionseigenschaften der Oberfläche beruhende Verfahren und Geräte.- A) Laserinstrument nach Murray.- B) Lichtstreuungsmeßverfahren.- C) Ein weiteres Verfahren zur Messung der gerichteten und der gestreuten Reflexion.- 4.3.4.5 Messung der Oberflächenrauheit mit Hüfe der Granulationserscheinung (Speckies-Verfahren).- A) Granulationserscheinungen.- B) Meßverfahren nach Fujii, Asakura u. a. für transparente Oberflächen.- C) Messung der Rauheit transparenter Oberflächen mit Hilfe der Laser-Granulationstechnik im Fraunhofer-schen Beugungsfeld.- D) Verfahren, bei denen die Korrelation zweier Granulationsmuster der gleichen Oberfläche beobachtet wird.- Schrifttum zum Abschnitt 4.3.- 4.4 Das Erfassen von Oberflächen nach dem Fühlschnittverfahren.- 4.4.1 Grundsätzliches zum Fühlschnittverfahren.- 4.4.2 Das Fühlsystem.- 4.4.2.1 Fühlelement und Gleitkufe.- 4.4.2.2 Arten der Fühlsysteme.- 4.4.2.3 Einfluß der Anordnung von Fühlelement und Gleitkufe.- 4.4.2.4 Einfluß der Registrierbasis auf die Wirklichkeitstreue von Profilaufzeichnungen und auf die Richtigkeit der Anzeige.- 4.4.2.5 Auslegungsgrundlagen des Fühlsystems.- 4.4.3 Meßumformer zur Vergrößerung der axialen Auslenkung des Fühlelementes.- 4.4.3.1 Induktive Meßumformer.- 4.4.3.2 Kapazitive Meßumformer.- 4.4.3.3 Photoelektrische Meßumformer.- 4.4.3.4 Elektrodynamische Meßumformer.- 4.4.3.5 Piezoelektrische Meßumformer.- 4.4.3.6 Zusammenfassung.- 4.4.4 Aufbereitung und Umwandlung des Meßsignals.- 4.4.4.1 Meßverstärker.- 4.4.4.2 Filterverfahren.- A) Die Hochpaßfilterung.- B) Tiefpaßfilterung.- 4.4.5 Weitere Meßsignalverarbeitung bei der Oberflächenmessung mit Fühlschnittgeräten.- Schrifttum zum Abschnitt 4.4.- 4.5 Praktische Ausführung von Oberflächenmeßgeräten mit elektronischer Vergrößerung der Fühlspitzenauslenkung.- 4.5.1 Rückblick auf die Entwicklung der Tast- und Fühlschnittgeräte und ältere, zum Teil nicht mehr gebaute Geräte.- 4.5.2 Moderne handelsübliche Oberflächenmeßgeräte.- 4.5.3 Prüfen und Justieren mechanischer Profilschnittgeräte.- Schrifttum zum Abschnitt 4.5.- 4.6 Verfahren und Geräte zur Messung des Flächentraganteils.- Schrifttum zum Abschnitt 4.6.- 4.7 Pneumatische Verfahren und Geräte für das Erfassen der Oberflächenrauheit.- Schrifttum zum Abschnitt 4.7.- 4.8 Die Anzahl der erforderlichen Messungen zur gesicherten Angabe eines Rauheitsmeßwertes.- Schrifttum zum Abschnitt 4.8.- 5 Verfahren zur Untersuchung der stofflichen Eigenschaften der Grenzschicht von Oberflächen.- 5.1 Allgemeine Bemerkungen.- 5.2 Die Feinstrukturanalyse mit Hilfe von Röntgenstrahlen.- Schrifttum zum Abschnitt 5.2.- 5.3 Die Mikroanalyse mit Hilfe von Elektronenstrahlen.- Schrifttum zum Abschnitt 5.3.- 5.4 Mikroanalyse mit Hilfe von Ionenstrahlen.- Schrifttum zum Abschnitt 5.4.- 6 Funktionsbedingte Anforderungen an den Oberflächenzustand.- 6.1 Verschiedene Funktionen der Bauteiloberflächen und ihre Ordnung.- Schrifttum zum Abschnitt 6.1.- 6.2 Anforderungen an mechanisch nicht oder kaum beanspruchte Wirkflächen.- 6.2.1 Aussehen als Funktion von Sichtflächen.- 6.2.2 Beschichtbarkeit von Oberflächen.- 6.2.3 Oberfläche und Strömung von Flüssigkeiten und Gasen.- 6.2.4 Oberfläche und Wärmeübertragung.- 6.2.4.1 Wärmeübertragung durch Strahlung.- 6.2.4.2 Wärmeübertragung durch Konvektion.- 6.2.4.3 Wärmeleitung.- 6.2.4.4 Verdampfung.- 6.2.4.5 Kondensation und Benetzbarkeit.- 6.2.5 Oberfläche und Dichtungsverhalten.- Schrifttum zum Abschnitt 6.2.- 6.3 Oberflächenzustand und Festigkeit.- 6.3.1 Eigenspannungen in der Oberflächengrenzschicht.- 6.3.2 Härte der Oberflächengrenzschicht.- 6.3.3 Entstehen von Rissen und Brüchen.- 6.3.4 Druckfestigkeit rauher Oberflächen.- 6.3.5 Einfluß des Oberflächenzustandes auf die Wechselfestigkeit von Bauteilen.- Schrifttum zum Abschnitt 6.3.- 6.4 Die Oberfläche und das Toleranz- und Passungssystem.- 6.4.1 Toleranz und Passung.- 6.4.2 Zuordnung von Maßtoleranz und Rauheit.- 6.4.3 Paßtoleranz und ihre Beeinflussung durch Rauheit und Abnutzung.- 6.4.4 Einfluß der Oberflächenbeschaffenheit auf das Verhalten von Preßverbänden.- 6.4.5 Einfluß der Abnutzung auf die Erhaltung des Sitzcharakters bei Spiel- und Übergangssitzen.- Schrifttum zum Abschnitt 6.4.- 6.5 Tribologische Oberflächenprobleme.- 6.5.1 Zum Begriff Tribologie und allgemeine Bemerkungen zum Aufbau tribologischer Systeme.- 6.5.2 Oberfläche und Reibung.- 6.5.2.1 Grundsätzliche Erkenntnisse zum Reibungsvorgang.- 6.5.2.2 Trockene Reibung (Festkörperreibung).- 6.5.2.3 Grenz- und Mischreibung.- 6.5.2.4 Ein Zwischenabschnitt über die Schmierstoffe.- 6.5.2.5 Hydrodynamische und elastohydrodynamische Schmierung.- 6.5.3 Oberfläche und Verschleiß.- 6.5.3.1 Grundsätzliches zum Verschleißproblem.- 6.5.3.2 Verschleißmeßgrößen.- 6.5.3.3 Verschleißmechanismen.- A) Adhäsiver Verschleiß.- B) Abrasiver Verschleiß.- C) Zerrüttungsverschleiß.- D) Tribochemische Reaktionen.- 6.5.3.4 Der Ablauf von Verschleiß Vorgängen.- 6.5.3.5 Die verschiedenen Verschleißarten.- A) Gleitverschleiß.- B) Wälzverschleiß.- C) Stoßverschleiß.- D) Schwingungsverschleiß.- E) Korngleit- und Kornwälzverschleiß.- F) Kavitationsverschleiß.- G) Tropfenschlagverschleiß.- H) Spül- oder Erosionsverschleiß.- J) Strahlverschleiß.- Schrifttum zum Abschnitt 6.5.- 6.6 Oberfläche und Korrosion.- 6.6.1 Zum Begriff der Korrosion.- 6.6.2 Die Korrosion als chemischer oder elektrochemischer Vorgang.- 6.6.3 Grundbegriffe der elektrochemischen Korrosion.- 6.6.3.1 Elektrodenpotential; Spannungsreihen der Metalle.- 6.6.3.2 Zum elektrochemischen Verhalten der Metalle.- A) Elektrochemische Reaktionen.- B) Passivität.- C) Die Korrosionselemente.- 6.6.4 Korrosionsarten.- 6.6.4.1 Korrosionsfälle ohne mechanische Beanspruchung.- A) Gleichmäßige Flächenkorrosion.- B) Lochkorrosion.- C) Kontaktkorrosion.- D) Spalt- oder Belüftungskorrosion.- E) Selektive Korrosion.- 6.6.4.2 Korrosionsfälle mit gleichzeitiger mechanischer Beanspruchung.- A) Spannungsrißkorrosion.- B) Schwingungsrißkorrosion.- C) Kavitationskorrosion.- D) Reibkorrosion.- 6.6.5 Beispiele für das Korrosionsverhalten der Metalle im umgebenden Medium.- 6.6.5.1 Atmosphärische Korrosion.- 6.6.5.2 Metallkorrosion im Gebrauchswasser und im Salzwasser.- 6.6.5.3 Metallkorrosion in verdünnten und konzentrierten Säuren.- 6.6.5.4 Korrosion an im Erdreich verlegten Metallen.- 6.6.5.5 Mikrobakterielle Korrosion.- 6.6.6 Korrosionsschutz.- 6.6.6.1 Aktiver Korrosionsschutz.- 6.6.6.2 Passiver Korrosionsschutz.- A) Nichtmetallische anorganische Überzüge.- B) Metallische Überzüge.- C) Organische Überzüge.- Schrifttum zum Abschnitt 6.6.- Sachwortverzeichnis.