Probleme bei Inventor Professional? Zusammenbau von Baugruppen

mögliche Klausurenfragen in Metallkunde (Teil 4)

Nennen Sie die eutektoide Zusammensetzung des stabilen Systeme
(Kohlenstoffgehalt in Gew.-%)

• der Kohlenstoffgehalt beträgt dabei 0,7%

Warum endet das System bei 6,67 Gew.-% Kohlenstoff?

• Weil wir bei 100% fest sind, Legierung ist sehr hart und spröde
• Technologisch nicht mehr machbar

Aus welchen 3 Teilsystemen ist das EKB zusammengesetzt? 

• Peritektikum > s+o>y
• Eutektikum > s>y+Fes C
• Eutektoid > g>a+Fes C

Stähle werden unterteilt in:

• nichtrostende Stähle
• unlegierte Stähle
• andere legierte Stähle

Was versteht man unter Primärgefüge? Nennen Sie 2 Beispiele für die Entstehung dieser Gefüge!

• Primärgefüge ist das, was als ersteht entsteht
• durch Sintern
• und bei Kristallisatisonsvorgängen

Erklären Sie den Begriff Sublimation!

• Übergang von der plastischen Phase in die gasförmige Phase ohne zwischen drin in die flüssige Phase umzuwandeln 

Worunter unterscheidet man Brüche?

• Nach Bruchmechanismus
• Spalt (trenn)bruch > eher sprödes Verhalten
• Scherbruch > eher duktiles (zähes) Verhalten
• Nach der Belastungsart
• Gewaltbruch
• Kriechbruch
• Ermüdungsbruch
• Nach dem Materialverhalten
• Verfomrungsbruch
• zäh, (duktil)
• Trennbruch
• spröde
• Nach dem Gefüge
• Interkirstallin
• transkirstallin

Was versteht man Unter Plastische Verformung?

• Vergrößerung des Atomabstands, kann nicht unbegrenzt erfolgen
• Bei Überschreitung eines kritischen Atomabstandes kommt es zum "schlagartigen" Rückgang der rückwirkenden Kraft - es erfolgt verformungsloser Trennbruch > Spröde

Was versteht man unter Legierung?

• Eine Legierung ist eine Mischung einer metallischen Komponente mit einer oder mehreren metallischen oder nichtmetallischen Komponenten

Was ist der Unterschied zwischen einem Homogenes System und einer Heterogenes Systemes?

• beim Homogenes System ist es ein einphasiges System
• beim Hetereogenes Symstem dagegen ist es ein mehrphasiges System

mögliche Klausurenfragen in Metallkunde (Teil 3)

Definieren Sie die Kerbschlagarbeit:

Beim Kerbschlagbiegeversuch wird eine doppelseitig auf zwei Auflagern gegen zwei Widerlager liegende Probe durch ein Schlager mit einem einzigen Schlag entweder durchbrochen oder durch Widerlager gezogen. Die Dabei verbrauchte Schlagarbeit wird gemessen

Welche Arten von Gitterdefekten im metallischen Werkstoffen gibt es? und welche Diemensionen diese auf?

• Punktförmige Gitterstörung
• Leerstelle
• zwischengitteratom
• Subtitutionsatom
• treten in der 0-Dimension auf
• Linienförmige Gitterstörungen
• Stufenversetzung
• Schraubenversetzungen
• treten in der 1-Dimension auf
• Flächenförmige Gitterstörungen
• Kleinwinkelkorngrenze
• Großwinkelkorngrenze
• Zwillingsgrenze
• Phasengrenze
• Antiphasengrenze
• Stapelfehler
• tritt in der 2-Dimension auf
• Räumliche Gitterstörungen
• Teilchen 
• Leerstellenagglomerat, Pore, Mikroriß
• tritt in der 3-Dimension auf

Was sind Subtitionsatome?

• Fremdatome, die auf regulären Kristallgitterplätzen sitzen
• Atomradius ähnlich der Atome des Grundgitters (maximale Abweichung des Atomradius 14%)
• Bei Metallen: Gleicher Gittertyp Voraussetzung
• Bei Unterschiedlichen Atomradien führt dies zu lokalen Spannungen im Kristallgitter > Gitterverzerrung
• bei größeren Subistitutionsatomen > Dilatationszonen im Gitter 
• bei kleineren Substitutionsatomen > Kompressionszonen

Was sind Phasengrenzen?

• Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung im Gitter
• Änderung der strukturellen Anordnung der Atome im Gitter 
• 2 Phasen in einem Grundwerkstoff können alle 3 Zustände aufweisen, häufig zeitlich versetzt

Was ist der Unterschied zwischen Pore und Lunker?

• Unterscheidung aufgrund der Enstehungsgeschichte und -ursachen
• Hohlräume, die sich aufgrund der Volumenabnahme beim Erstarren von Metallschmekzen im Werkstück bilden > Lunker
• Hohlräume, die sich beim Erstarren der Metallschmelze aufgrund Gasblasen bilden > Poren

Texturen:

• a) anisotropischer Einkristall
• b) quasiisotroper Polykristall
• c) anisotrper Polykristall

Einfluss der Texturen:

• Pronunzierte Texturen verursachen anisotropisches Verhalten von Werkstoffen/-stücken auf  makroskopischen Ebene
• teils unerwünscht
• Betrifft:
• Magnetische Eigenschaften (abweichende Kristallenergie)
• Elektrochemische Eigenschaften (Korrosion, Ätzend)
• Physikalische Eigenschaften

Wovon sind Texturenbildung Abhängig?

• Reinheitsgrad des metallischen Werkstoffs
• Stapelfehlerenergie
• Volumen und Masse/Volumenverhältnis des Werkstücks
• Temperatur

Was versteht man unter Diffusion?7

• sich verteilen, sich verbreiten (auch gegenseitige Durchdringung)
• Begriff wird häufig bei Konzentrationsunterschieden in inhomogenen Atom/-Werkstoffsystemen verwendet
• findet jedoch auch in Einstoffsystemen (Eigendiffusion) statt
• Zwischengitter > Fremddiffusion

Fick's Gesetz:

• Bei Konzentrationsunterschied von Teilchen in einer Lösung ist der Teilchenstrom derart, dass der Konzentrationsunterschied sich verringert
• Anzahl der Teilchen, der je Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit ist dem Konzentrationsgradienten proportional
• Diffusion tritt stärker in flüssigen und gasförmigen Zustand auf
• Diffusion (Teilchenstrom und damit der Konzentrationsgradient) lässt sich insbesondere in gasförmigen und flüssigen Systemen weitgehen konstant halten

mögliche Klausurenfragen in Metallkunde (Teil 2)

Zeichnen Sie die Stahlecke des Eisen-Kohlenstoffdiagramms! Bennen Sie alle Gebiete!

Skizzieren Sie ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm, kennzeichnen Sie die Streckgrenze, die maximale Spannung und den Bruchpunkt

Welche Eigenschaften weisen Substitutuionskristalle auf? Ordnen Sie diesen Eigenschaften Ursachen im Gitter zu:

• Eigenspannung
• Subtitutionsatome größer oder kleiner als restliche Atome
• höhere Schmelztemperatur
• unterschiedliche Schmelztemperatur der verschiedenen Atome
• höhere Fesigkeit
• wegen Eigenverspannung

Skizzieren Sie ein unbelastetes Kristallgitter, ein elastisch verformtes Kristallgitter und ein plastisch verformtes Kristallgitter und erklären Sie anhand dieser Skizzen die elastische und plastische Verformung

Elastische Verformung:

• temporäre Verformung bei Krafteinwirkung, geht bei Kraftwegnahme in die Ausgangsposition zurück

Plastische Verfomung:

• dauerhafte Verformung, wenn Krafteinwirkung weg ist, bleibt die Verformung, da die Kugelschichten aneinander vorbeigeglitten sind

mögliche Klausurenfragen in Metallkunde (Teil 1)

Metalle:

• hohe elektrische Leitfähigkeit, d.h. gute elektrische Leiter
• hohe thermische Leitfähigkeit
• hohes Reflexionsvermögen für Licht
• platisch verformbar, auch bei tiefen Temperaturen
• chemisch häufig nicht sehr beständig
• Teils ferromagnetisch

Einteilung der Metall in Leicht und Schwermetalle

• Leichtmetalle (Gewicht bis ca. 5g/cm^3) 
• Aluminium
• Magnesium
• Titan
• Schwermetall Niedrigschmelzende (Gewicht über 5g/cm^3)
• Zinn > Sn
• Blei > Pb
• Zink > Zn
• Schwermetall Hochschmelzende (Gewicht über 5g/cm^3)
• Eisen > Fe
• Chrom > Cr
• Kuper > Cu

Chemische Bindung:

1. Atome versuchen stabile Konfiguration zu erreichen, z.B. Edelgaskonfiguration
2. gehen chemische Bindungen ein

unterschiedliche Grenztypen der chemischen Bindung:

1. Ionenbindung
2. Atombindung
3. Metallische Bindung
4. Van-der-Waals-Bindung
5. Wasserstoffbrückenbindung

Für alle Arten der chemischen Bindung gilt:

• die Elektronen sind für die chemischen Bindung verantwortlich
• die Elektronenkonfiguration der in Verbindung tretenden Atome bestimmt die Art der chemischen Bindung
• An der chemischen Bindung sind nur die Valenzelektronen (äußere Elektronen) der Atome beteiligt

Mischkristalle:

Substitutionsmischkristalle:

• Frematome lagern sich auf Gitterplätzen des Wirtsgitter an
• Gute Löslichkeit durch Substitution ist zu erwarten, wenn die Atome der beteiligten Elemente (A und B) etwa gleich sind, und die reinen Elemente gleiche Gitterstruktur besitzen
• Löslichkeit im Zwischengitter erfordert kleine Fremdatome (meist Nichtmetalle wie H, N, S, O...)
• Gelöste Komponente (~n) wird (werden) auf Gitterplätze des Wirtsgitters eingebaut

Bsp.

• Ag/Au,Cu/ Au, Ni/Au
• Wirtskomponente und gelöste Komponente im gleichen Gittertyp
• Atomradien +- 15%

Substitutionsatom im Kreiverbund und die Dimension des Gitteraufbaufehlers:

Skizzieren Sie eine Stufen-Versetzung:

Definieren Sie den Begriff Packungsdichte:

• Ist das Verhältnis zwischen Volumen der Elementarzelle und Volumen beteiligter Atome
• Atome > harte Kugeln gleicher größe

Definieren Sie den Begriff Elementarzelle:

• Ist die kleinste Einheit eines Kristallgitters, die alle Eigenschaften des gesamten Gitters aufweist
• Zelle mit kleinstmöglichen Volumen, die durch Anwendung aller möglichen Translationsoperationen den gesamten Raum ausfüllt

Ermittlung der Anzahl der Atome pro Elementarzelle:

wie gerechnet wird:

8 x 1/8 + 1 = 2

3 Beispiele die das krz aufweisen:

• alpha-Ferrit
• Cr
• Mo

wie es gerechnet wird:

8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4

Erklären Sie den Begriff Allotropie am Beispiel von Eisen:

Allotropie: Werkstoff kann bei Temperaturwechel umkristallieren, er ist also in verschiedenen Modifikationen stabil.

z.B. Eisen:

• bis 911°C krz
• bis 1392°C kfz
• ab 1392°C krz

Erklären Sie den Begriff Anisotropie:

Man nennt einen Körper anisotrop, wenn seine Eigenschaften von der Richtung abhängig ist, in der sie gemessen werden. Liegt keine Änderung der Eigenschaften in Abhängigkeit der Richtung vor, so ist ein Körper isotrop. In Kristallen sind Atomabstände in einer Richtung gleich, in verschiedenen Richtungen verschieden. Als Konsequenz dieser geometrischen Anisotropie folgt in erster Näherung die Richtungsabhängigkeit der Kristalleigenschaften.

Skizzieren Sie einen Stapelfehler und welche Dimension hat dieser Fehler?

Ein Stapelfehler ist ein 2-dimensionaler Gitterfehler

Tutorial Inventor Professional - so einfach bekommt man die Skt.-Schraub...

Maßgruppen

Bei Maßgruppen wird in vier Maßgruppen unterschieden, diese sind:

• Außenmaß
• Ein Außenmaß wird zwischen zwei gegenüberliegenden Flächen (z.B. Blechdicke) oder zwischen zwei gegenüberliegenden Kansten derselben Fläche (z.B. Außendurchmesser einer Welle) angetragen
• Innenmaß
• Ein Innenmaß wird zwischen zwei gegenüberliegenden Flächen (z.B. Nutbreite) oder zwischen zwei gegenüberliegenden Kanten derselben Fläche (z.B. Innendurchmesser einer Bohrung) angetragen.
• Stufenmaß
• Ein Stufenmaß wird zwischen zwei gleichgerichteten Flächen (z.B. Länge eines Wellenansatzes oder Tiefe einer Nut) angetragen
• Abstandsmaß
• Ein Abstandsmaß wird zwischen zwei abgeleiteten Geometrieelementen (z.B. Bohrungsachsen) oder zwischen einem abgeleiteten und einem wirklichen Geometrieelement (z.B. Abstand zwischen Bohrung und Planfläche) angetragen

Maße

Definition

Unter einem Maß versteht man nach DIN-406-10 eine physikalische Größe, bestehend aus Maßzahl und Maßeinheit

dabei unterscheidet man hierbei bei

• Längenmaße
• Winkelmaße

In technischen Zeichnungen des Maschinenbaus ist fpr Längenmaße die Maßeinheit mm als Standard vereinbart und wird nicht mit der Maßzahl angegeben.

Maschinenelemente

Definition

Ein Maschinelement kann man als kleinstes, nicht mehr sinnvoll zu zerlegendes Bauteil in technischen Systemen verstehen.
Dabei werden Maschinenelemente in gleicher oder ähnlicher Form immer wieder verwendet.

Maschinenelemente können Einzelbauteile, wie Schraauben, Stifte, Wellen, Zahnräder usw. sein

Man bezeichnet aber auch Bauteilgruppen, die aus mehreren Einzelelementen bestehen, als Maschinenelemente, wenn diese Bauteilgruppen ausschließlich als Einheit verwendet werden. (Z.B. Wälzlager, Kupplungen, Ventile usw.)

Technische Systeme können aus einer Vielzahl von Maschinenelementen bestehen.
Die Aufgabe eines Konstrukteurs ist der Zusammenspiel, aller Einzelelemente zur Erfüllung der Gesamtfunktion während des Konstruktionsprozesses zielgerichtet zu erarbeiten

Allgemeines zur Werkzeugauswahl

Vorteilhaft bei der Verwendung von Kunststoffen gegenüber anderen Werkstoffen

• leichte Formgebung und Eignung für Massenanfertigung
• geringe Dichte, dadurch günstig spezifische Festigkeit, verminderte Transportkosten
• korrorsionsbeständigkeit und überwiegend beständig gegen Chemikalien
• Eignung für medizinische Anwendung als Implantat-Werkstoff, für Geräte und Behälter
• wärme- und schalldämmend, durch Schaumstrukturen noch zu steigern
• einfärbbar, oft auch gute Transparentz
• elektrisch isolierend und meist günstiges dielektrisches Verhalten
• Verbundbauweisen ermöglichen die Anpassung an besondere Belastungsfälle
• großes bedarfsorientiertes Angebot
• umfangreiche physikalische und chemische Modifizierungsmöglichkeiten durch Mischung, Weichmachung, streckende, verstärkende und leitfähige Füllstoffe, Pigmente, Eigenverstärkung:Copolymersation
• praktisch unbegrenzte Ressourcen 
• recyclierbar

problematisch bei der Verwendung von Kunststoffen

• geringe Festigkeit von unverstärkten Kunststoffen
• zeitabhängige Festigkeits- und Verformungseigenschaften, Neigung zum Kriechen und Relaxieren
• verminderte Dimensionsstabilität, Neigung zum Verziehen, Schrumpfen, Quellen
• geringe Wärmebeständigkeit
• meist brennbar
• eventuell alterungsanfällig bei UV-Licht und Bewitterung und Ozoneinfluss, dadurch Abbau, Vergilbung, Verfärbung, Rissbildung
• eventuell anfällig gegen Mikro- und Makroorganismen
• überwiegend gasdurchlässig, permeabel
• Neigung zu Migration
• Neigung zu Weichmacherverlusten bei weichgemachten Kunststoffen
• elektrostatisch aufladbar

Struktur des Kunststoffe

Der strukturelle Aufbau der Kunststoffe ist einerseits chemisch vorgegeben durch die Konstitution, den chemischen Aufbau, sowie die Konfiguration, die feste räumliche Anordnung der Grundbausteine und von Molekühlgruppen entlang der Kette,
wird andererseits physikalisch wesentlich beeinflusst durch die Konformation, die Gestalt der Makromoleküle.

Die Neigung zu Kristallinität und Orientierung bei vielen Polymerwerkstoffen ist konformationsbedingt.

Die chemische und physikalische Struktur bestimmen zusammen mit der Beweglichkeit von einzelnen Makromolekülbereichen die wesentlichen Eigenschaften dieser Werkstoffgruppe.

Copolymerisation

Bei der Herstellung von Kunststoffen aus verschiedenen Grundbausteinen (Monomereinheiten) spricht man von Copolymerisation, sie spielt für die gezielte Veränderung von Polymereigenschaften eine große Rolle. Man kann im Wesentlichen 4 Arten von Copolymeren unterscheiden, die im folgenden Schema mit jeweils zwei Monomersorten (  ● und x) dargestellt werden.

Die Copolymerisation wird häufig zur Erniedrigung der Glastemperatur herangezogen, um die Zähigkeit des Kunststoffes bei tieferen Temperaturen zu steigern.

Diese auch mit "innerer Weichmachung" bezeichnete Erniedrigung der Glastemperatur kann man mit der skizzierten Block-Copolymerisation (3) oder mit der Pfropf-Copolymerisation (4) als Weichsegmente zu betrachten

Übersicht über die wesentlichen Verarbeitungsmöglichkeiten

Urfomen

Aus einem Ausgangsmaterial z.B. Granulat wird das Produkt in endgültiger Form geschaffen durch:

• Gießen
• Extrudieren

Daraus entsteht dann ein fertiges Bauteil oder Halbzeug

• Profile
• Rohre
• Platten

Umformen

Ein vorgeformtes Produkt wird zum Endprodukt umgeformt durch:

• Tiefziehen
• Warmformen

Daraus entsteht dann ein fertiges Bauteil durch:

• Tiefziehen
• daraus kann ein Becher entstehen

Fügen

Das Produkt entsteht durch:

• Schweißen
• Kleben
• mechanisches Verbinden
• Schrauben
• Nieten
• Nageln
• Schnappverbindung

Dadurch ensteht ein fertiges Bauteil, was aus verschiedenen Teilen und aus verschiedenen Werkstoffen zusammengefügt wird.

Spangegebenes Umformen

Zu den Spangegebenen Umformen gehören:

• Drehen
• Fräsen
• Hobeln
• Bohren
• Schleifen

Hierbei werden die wesentlichen Parameter für die Qualität einer Spangebung durch:

• die Geometrie des Schneidwerkzeuges
• die Auswahl von Schnitt- und Freiwinkel
• die Schneidgeschwindigkeit
• die Spandicke, die Spanform
• die Möglichkeit des Abtransportes der entstehenden Wärme mit dem abgetragenen Span

Verstrecken (Eigenverstärkung)

Durch eine Erhöhung der Transportgeschwindigkeit aufeinanderfolgender Walzenpaare für eine gefertigte Bahn kommt zu einer Kaltverstreckung.
Bei teilkristallinen Thermoplasten entsteht neben der Orientierung der Makromoleküle auch noch eine Erhöhung des Kristallinitätsgrades.

Ziel des Verstreckvorganges ist die Steigerung von Zugfestigkeit und die Elastizitätsmodul in Orientierungsrichtung.

Das gleiche Ziel erreicht man bei einer Warmverstreckung z.B. von:

• (textilien) Fäden

man spricht hier von der Schmelzedeformation, bei der eine Verstreckung noch vor der Erstarrung erfolgt.

Warmformen (Spanloses Umformen (Kunststoff))

Das Warmformen von Halbzeugen ist ein Umformverfahren für Thermoplaste durch:

• Zug
• Druck
• oder Biege-Formkräfte

nachdem das Halbzeug durch äußere Erwärmung in einen zähen formbaren Zustand gebracht wurde.

Bei relativ geringen Werkzeugkosten lassen sich auch größere Teile Warmformen, dabei können auch weitgehend gleichbleibende Wanddicken erreicht werden.

Kaltformen (Spanloses Umformen (Kunststoff))

Beim Kaltumformen werden Halbzeuge aus zähen Thermoplasten kurzzeitig mit hohen Verformungskräften geformt.
Die Umformteile werden dabei anisotrop, was aber zu einer verbesserten Transparenz und erhöhter Schlagzähigkeit führt.
Das für das Kaltformen typische Tiefziehen wird auch unter Warmformbedingung eingesetzt.

Umformverfahren (Kunststoff)

Beim Umformen werden Produkte (Halbzeuge), die bereits im Urformverfahren hergestellt wurden, zu Fertigteilen weiter verarbeitet. Hierzu zählen insbesondere spanlose Verfahren wie das Tiefziehen, das sowohl als Kaltform- wie auch als Warmformverfahren eingesetzt wird, von Serienprodukten für Verpackungen aus:

•  Platten 
•  Folien.

Blasformen (Kunststoff)

Das Blasformen mit seinen verschiedenen Verfahren dient zur Herstellung von thermoplastischen Hohlkörpern. Der Ablauf erfolgt in mehreren Schritten:

1. Schritt
1. Herstellung eine Formlings, eines Schlauch- oder Rohrabschnittes aus einem Extruder. Der i. Allg. noch warme Strangabschnitt von zweiteiligen Werkzeug erfasst
2. Schritt
1. an den Enden zusammengepresst und 
3. Schritt:
1. mit Druckluft bis zum Auffüllen des gesamten Werkzeughohlraumes aufgeblasen

Verfahren sind:

• Extrusionsblasformen
• Spritzblasen
• Tauchblasen
• Streckblasen
• Folienblasen

Extrudieren

Dieses Verfahren dient zur Herstellung endlos geformter thermoplastischer Halbzeuge wie:

• Profile
• Platten
• Folien

Das kontinuierlich eingezogene Granulat wird in der Schnecke des Extruders 

1. komprimiert
2. plastifiziert
3. entlüftet
4. durchgeknetet
5. und anschließend durch das Profil-Werkzeug gedrückt

Das entstehende Profil durchläuft anschließend bis zur endgültigen Erstarrung eine Kühlstrecke