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Leichtbau > Fragekatalog 111-219 > Flashcards

Fragekatalog 111-219 Flashcards

1
Q
  1. Wodurch kann eine Wölbbehinderung auftreten?
A 
Wölbungsbehinderung kann auftreten durch 
. Einspannung oder Krafteinleitung 
. Querschnittsänderungen 
. Streckentorsionsmomente 
. Änderung des Werkstoff
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Q
  1. Was versteht man unter Wölbsteifigkeit?
A
  • Wölbsteifigkeit = E*CT
  • mit E = Elastizitätsmodul = Werkstoffabhängigkeit
  • und CT Wölbwiderstand = Geometrieabhängigkeit
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3
Q
  1. Wovon ist die Höhe der Wölbkrafttorsion abhängig ?
A

• Vom Verhältnis zwischen Wölbsteifigkeit ECT und Torsionssteifigkeit GIT
• Größere Wölbsteifigkeit->größere Wölbschlankheit->größere Wölbkrafttorsion
(langsameres Abklingen über die Profillänge)
• An einer konkreten Stelle ist sie abhängig vom Abstand zur Einspannstelle und dem
Verhältnis der Materialkennwerte E/G

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4
Q
  1. Welche offenen Profile sind nicht wölbfrei?
A

U, Z, I Profile

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5
Q
  1. Wie ist der Schubfluss durch Torsion in geschlossenen
    mehrzelligen Profilen qualitativ?
    Wie ist der Rechenweg dazu, wo steckt dabei das
    Materialgesetz?
A

• Schubfluss in dem einzelnen Zellen konstant, in den Stegen Differenz der Schubflüsse
der einzelnen Zellen
• Rechenweg: aus Statik Momentengleichgewicht: Gesamtmoment= Summe der Momente
der Einzelzellen, Elastostatik: II.Bredt´sche Formel liefert jeweilige Drillung in
Abhängigkeit vom Moment
• Kompatibilitätsbedingung: Drillung der Zellen muss gleich sein
=> Gleichungssystem mit n Gleichungen für n Schubflüsse = lösbar
• Materialgesetz steckt in 2. Bredt´scher Formel

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6
Q
  1. Wie geht man die Zielsetzung an torsionssteif zu bauen, wie torsionsweich?
A

Torsionssteif: geschlossenes Profil, optimal Kreisprofil
sonst offenes Profil mit hoher Wölbsteifigkeit, optimal Z-Profil
offenes Profil möglichst Lokal schließen: Torsionskasten, Torsionsröhrchen

Torsionsweich: offenes Profil, am besten wölbfreies sonst
geschlossenes Profil mit möglichst geringer umschlossener Fläche

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7
Q
  1. Nennen sie 5 Eigenschaftsgrößen von Werkstoffen, die es erlauben die Eignung als Strukturwerkstoff zu beurteilen?
A
  • Dichte
  • Festigkeit
  • Elastizitätsmodul
  • Schubmodul
  • Querkontraktion
  • Bruchzähigkeit
  • lineare Wärmeausdehnung
  • Wärmeleitfähigkeit
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8
Q
  1. Erläutern sie an einer Skizze den Unterschied zwischen ReH und Rp0,2? Wozu wird diese Unterscheidung gemacht?
A

Siehe Fragekatalog

Weicher Stahl Ausgeprägte Streckgrenze

Harter Stahl keine Ausgeprägte Streckgrenze
–>Rp0,2 stellt Spannung dar, bei der eine bleibende Dehnung von 0,2% erreicht wird.

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9
Q
  1. Erläutern sie an einer Skizze den Unterschied zwischen fiktiver Spannung, wahrer Spannung und Fließspannung?
    Was unterscheidet die Fließspannung von der wahren
    Spannung?
A

Siehe Fragekatalog

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10
Q
  1. Wie ist der Umformgrad definiert? Welche Vorteile bietet es mit dem Umformgrad statt den plastischen Dehnungen zu rechnen?
A

ln(l1/l0) +ln(b1/b0) +ln(h1/h0)= ln1= 0

phi1_+ phi_b+ phi_h= 0
bzw. Summe(Phi_i)=0

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11
Q
  1. Zeichnen Sie qualitativ eine Fließkurve.
    Was unterscheidet sie von der Spannungsdehnungskurve aus dem Zugversuch?
    Wozu wird die Fließkurve technisch genutzt?
A

• stetig steigender Verlauf wegen Verfestigung, aber mit zunehmendem Umformgrad
geringerer Gradient
• Die Fließkurve beginnt mit der Plastifizierung (keine E-Modulgerade), stellt die für
Plastifizierung notwendige Spannung im einachsigen (Vergleichs)Spannungszustand dar.
• Fließkurve beschreibt das plastische Verhalten des Werkstoffs für die FEM Simulation.
Notwendig wenn eine Struktur nicht rein elastisch belastet wird, z.B.: zulässige
Teilplastifizierung, Crash, (Umformung zur Herstellung)

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12
Q
  1. Wie sind Haupt und Nebenformänderung definiert?
A

Phi1=ln(l1/d0) > Phi2=ln(l2/d0)

Hauptformämderung > Nebenformänderung
(Major Strain > minor strain)

-Phi3 = Phi1+Phi2

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13
Q
  1. Zeichnen sie qualitativ eine Grenzformänderungskurve

(FormingLimitCurve FLC)? Wozu dient diese Kurve?

A

Siehe Fragekatalog

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14
Q
  1. Im Leichtbau ist es üblich, die mechanischen Eigenschaftswerte eines Werkstoffs auf die Dichte zu beziehen, um das Anwendungspotential abschätzen zu können. Nennen Sie drei solcher bezogenen Werkstoffeigenschaften und Ihre Anwendung!
A
  • Spezifisches Volumen: 1/(gDichte)
    -Spezifische Steifigkeit
    bezogene Längssteifigkeit: E/(g    Dichte)
    bezogene Schubsteifigkeit: G/(gDichte)
    -Stabilitätswiderstand
    Knickstabilität: Wurzel(E)/(g     Dichte)
    Biegesteifeigkeit von Balken, Beulstabilität von Platten: ³Wurzel(E)/(gDichte)
    Reißlänge: Rm/(g    Dichte)
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15
Q
  1. Was wird in der in vielen Veröffentlichungen zu sehenden Stahlbanane dargestellt? Warum ist es aus Leichtbausicht nicht sinnvoll in dieser Darstellung die Leichtmetalle mit aufzutragen? Wie kann man die Darstellung modifizieren um eine sinnvolle Aussage zu machen? Welche Eignung eines Werkstoffs wird dann dargestellt?
A
  • Festigkeit von Stählen über der Dehnbarkeit
  • Die Dichte wird in der Darstellung nicht mit einbezogen
  • X-Achse mit bezogener, spezifischer Festigkeit
  • Gewichtsbezogene Festigkeit in Relation zur Dehnbarkeit
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16
Q
  1. Woraus ergibt sich die Integrationskonstante der Kusinenformel bei dünnwandigen offenen Profil?
A

Integrationskonstante ergibt sich aus

Schubfluss = 0 am Rand wegen Kräftegleichgewicht

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17
Q
  1. Nennen sie Ort und Höhe der maximalen Schubspannung beim dünnwandigen offenen Rechteck-Profil. Welche Form hat der Verlauf des Schubflusses?
A
  • In der Mitte (Schnittpunkt des Profils mit der Biegeachse) ist die Spannung am höchsten.
  • Parabelförmiger Verlauf des Schubflusses
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18
Q
  1. Wie ist der Schubmittelpunkt definiert?
A
  • Querkraft greift im SMP an -> Querkraft erzeugt kein Torsionsmoment
  • Querkraftbiegung und Torsion sind dann entkoppelt
  • Bestimmung über Momentenäquivalenz zwischen Querkraft*Hebelarm und Moment aus
    Schubfluss. Bezüglich SMP sind beide genau gleich!
  • SMP ist belastungsunabhängig, nur geometrieabhängig!
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19
Q
  1. Wo liegt der Schubmittelpunkt beim einfach-symetrischen, wo beim doppelsymetrischen Profil?
A

SMP liegt immer auf Symetrieachse(n)

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20
Q
  1. Wo liegt der Schubmittelpunkt beim geschlossenen Kreisprofil, beim Winkelprofil und beim U-Profil?
A
  • Kreisprofil => im Kreismittelpunkt
  • L-Profil => je nach Abmessungen innen im L bis auf der Ecke des L
  • U-Profil => auf Symmetrieachse wenn vorhanden, außerhalb des Profils!
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21
Q
  1. Nennen Sie Prinzip und Sinn des Hydrodynamischen Analogons beim Querkraftschub
A

Prinzip:

  • Vergleich mit Strömung in Kanal mit Profilform
  • Quellen dort wo in Axialer Richtung Zug auftritt,
  • Senken dort wo Druck auftritt,
  • Schubfluss entspricht dem Durchsatz/Durchfluss im Kanal
  • Bei Verzweigungen Addition/Aufteilung der Flüsse

Sinn:

  • Qualitativen Eindruck von den Flüssen geben,
  • Richtung des Flusses angeben
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22
Q
  1. Wie groß ist die Überhöhung des Querkraftschubs beim Voll- Rechteckquerschnitt, wie beim Vollkreisquerschnitt ?
A

Rechteckquerschnitt 50%

Vollkreisquerschnitt 33%

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23
Q
  1. Wie ist der Ansatz/Rechengang bei der Schubflussermittlung geschlossener Profile ?
A
  • Profil gedanklich schlitzen (vorteilhaft an Symmetrieachse)
  • nxs(s) wie bei offenem Profil über Kusinenformel berechnen
  • nxs(s=0).0 Berechnung über Momentenäquivalenz mit Querkraft
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24
Q
  1. Wie sieht qualitativ der Schubspannungsverlauf nach

Timoshenko aus? Geometrischer Einflussparameter?

A

Ungleichmäßiger Verlauf auch über die Breite des Balkens

  • Überhöhung an den Außenrändern
  • besonders bei Flachen Rechteckquerschnitten
  • Parameter h/b
  • Berücksichtigung über Korrekturfaktor zur durchschnittlichen Schubspannung
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25
Q
  1. Wie hoch sind qualitativ die Schubflüsse in gemeinsamen Stegen bei mehrzelligen geschlossenen Profilen?
A

Überlagerung der Schubflüsse der beiden angrenzenden Zellen (Differenz)

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26
Q
  1. Welchen Ansatz macht man beim mehrzelligen, geschlossenen Profil zur Berechnung des Schubmittelpunktes?
A

Drillung aller Zellen muss verschwinden, es darf keine Torsion auftreten
=> n Gleichungen

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27
Q
  1. Wie ist der Gang der Rechnung bei querkraftbelasteten

geschlossenen mehrzelligen Profilen ?

A

Zunächst wie bei einzelligen:
- jedes einzelne gedanklich Schlitzen, Schubfluss über Kusinenformel berechnen
(mit gesamten Qz für jede Zelle )
- Problem ist statisch unbestimmt-> Elastostatik
- Momentenäquivalenz: Gesamtmoment = Summe der Einzelmomente
–> 1 Gleichung
Drillung (aus II.Bredt´sche Formel) muss gleich groß bleiben (Kompatibilitätsbedingung)
–> n-1 Gleichungen

Gleichungssystem lösen

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28
Q
  1. Welche Steifigkeiten gibt es?
A
  • Dehnsteifigkeit E*A
  • Biegesteifigkeit E*I
  • Schubsteifigkeit G*As
  • Torsionssteifigkeit G*IT
  • Wölbsteifigkeit E*Cw mit Cw = Wölbwiderstand
  • Plattensteifigkeit
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29
Q
  1. Welche Größen gehen in die Kusinenformel ein ? Wozu wird sie verwendet ?
A
  • Eingehen die Querkräfte Qz und Qy, Statische Momente Sy und Sz sowie
  • Flächenträgheitsmomente Iy und Iz
    Formel für Hauptachsensystem
    (Kennzeichen: Überstriche auf x und y)
  • Um den Schubflussverlauf nxs(s) in einem dünnwandigen offenen Profil zu berechnen
  • Durch gedankliches Öffnen des Profils auch für das geschlossene verwendbar, dann noch mit
    Überlagerung des Konstanten Flusses aus Torsion oder Querkraft die außerhalb des SMP
    angreift
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30
Q
  1. Von welchen Parametern ist der Schubabsenkungsverlauf abhängig?
A

Von der Belastung Q (~Integral der Querkraft und ~ Biegemoment)

Von Schubmodul und Querschnittsfläche ~ 1/G*A
~ -> Geometrieabhängigkeit
wges=wbieg+wschub

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31
Q
  1. Wo muss die Querkraft bei offenen Profilen angreifen, damit die Kusinenformel verwendet werden kann?
A

Nur wenn die Querkraft im Schubmittelpunkt angreift ist die Kusinenformel anwendbar.
(es wurden kleine Verformungen vorausgesetzt)

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32
Q
  1. Nenne sie mindestens 3 Arten moderner höherfester Stähle die im Automobilbau eingesetzt werden.
A
  • Dualphasenstahl
  • Complexphasenstahl
  • Martensitphasenstahl
  • Restaustenitstahl TRIP (Transformation Induced Plasticity)
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33
Q
  1. Beschreiben sie den Prozess des Presshärtens oder
    „Warmformens“ von Stählen.
    Was unterschiedet das direkte vom indirekten Verfahren?
A

Indirekt:
Coil–>Platine–>Presse–>Ofen–>Roboter–>Presse(gekühlt)

direkt: ohne Kaltumformung

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34
Q
  1. Warum werden kontinuierlich mehr pressgehärtete Bauteile im Fahrzeug eingesetzt?
A
  • Preiswert

* gutes Leichtbaupotential (Verhältnis Festigkeit zu Gewicht, Energieaufnahme im Crash zu Gewicht)

35
Q
  1. Was ist die Besonderheit bei TWIP Stählen? Was steht ihrer Verbreitung im Fahrzeugbau noch entgegen?
A
  • Hohes Energieabsorptionsvermögen durch hohe Dehnungsreserve
  • gute Umformbarkeit
  • Hoher Preis, etwa wie austenitischer Edelstahl hemmt Einsatz im PKW
36
Q
  1. Was ist eine Leichtbaukennzahl?
A

Eine Leichtbaukennzahl stellt das Verhältnis
von Traglast FN zur Eigenlast FE dar.

LBK = FN/FE

37
Q
  1. Wie ist die Leichtbaukennzahl für den Zugfall definiert?
A

LBK = Rp0,2/(DichtegL)

38
Q
  1. Nennen sie zwei Gründe weshalb CFK bessere

Leichtbaueignung besitzt als GFK

A
  • Höherer E-Modul

- Höhere Festigkeit

39
Q
  1. Wie ist eine UD Schicht, wie ein Mehrschichtverbund aufgebaut, skizzieren sie?
A

Skizze siehe Fragekatalog

a) UD = unidirektionale Schicht. Faser in eine Richtung (eine schicht)
b) Mehrschichtverbund: aus mehreren miteinander verklebten einzelschichten.(Bsp. 1. schicht diagonal, 2. Schicht längs, 3.SChicht diagonal)

40
Q
  1. Welches Verhalten von Fasermatrixverbunden unter
    wechselnden Lasten macht eine vollkommen andere
    Berechnung als bei metallischen Werkstoffen notwendig?
A
  • Großer Festigkeits- und Steifigkeitsunterschied zwischen Zug- und Druckbelastung
  • Kein isotropes Verhalten
41
Q
  1. Kennen sie unterschiedliche G- und C-Fasertypen? Nennen sie mindestens je zwei Beispiele. Wozu wurden diese unterschiedlichen Typen entwickelt?
A

G-Fasertypen:
E-Glas, R-Glas, S-Glas, C-Glas, D-Glas

C-Fasertypen:
HT-Faser, ST-Faser, IM-Faser, HM-Faser, UHM-Faser

42
Q
  1. Nennen sie die Dichten und E-Moduli der vier gebräuchlichen metallischen Konstruktionswekstoffe?
    Welche Festigkeiten sind realisierbar?
A 
- Stahl:
 Dichte Rho= 7,8 g/cm³, Ex-Modul= 210000 N/mm², 
Wurzel(Ex/Dichte) = 164
-Titan:
Dichte 4,4 g/cm³, Ex-Modul 110000 N/mm²,
Wurzel/(Ex/Dichte)= 158
- Aluminium:
Dichte Rho= 2,7 g/cm³, Ex-Modul= 72000 N/mm², 
Wurzel(Ex/Dichte) = 163
- Magnesium:
Dichte Rho= 1,8 g/cm³, Ex-Modul= 44000 N/mm², 
Wurzel(Ex/Dichte) = 156
- HT C-Faser:
Dichte Rho= 1,52 g/cm³, Ex-Modul= 112600 N/mm², 
Wurzel(Ex/Dichte) = 272
-HM C-Faser:
Dichte Rho= 1,62 g/cm³, 
Ex-Modul=209600 N/mm², 
Wurzel(Ex/Dichte) = 360
43
Q
  1. Wie lassen sich Aluminiumknetlegierungen in zwei Gruppen einteilen. Unterschied?
A
  • Nichtaushärtbare (naturharte)

- aushärtbare Legierungen

44
Q
  1. Welches Legierungselement ist für Aluminiumgusslegierungen typisch? Warum?
A

Si. Es macht die Schmelze dünnflüssiger.

45
Q
  1. Was unterscheidet eine Auslegung eines metallischen

Zugstabes nach der Steifigkeit grundlegend von der Auslegung auf Festigkeit, bei Einsatz verschiedener Werkstoffe?

A

Auslegung auf Steifigkeit sind die Unterschiede der Werkstoffe marginal. Bei Festigkeit entscheidet die spezifische Festigkeit über den geeigneten Werkstoff

46
Q
  1. Warum ist das Presshärten von Stählen inzwischen im
    Fahrzeugbau so verbreitet?
    Nennen sie die ihnen bekannten Vorteile des Verfahrens und der resultierenden Bauteile.?
    Was ist der Hauptgrund für den Einsatz, im Vergleich zu TRIP oder TWIP Stählen?
A
  • vergleichsweise kostengünstiger Prozess mit höchstfesten Endprodukten
  • komplexe Geometrien im warmen Zustand formbar
  • Bauteilfestigkeit einstellbar über Prozess
  • Bauteile mit Härteverläufen, –anpassung herstellbar.
  • Warmformstahl ist niedrig legiert und sehr preiswert!
47
Q
  1. Zu welchen Halbzeugen werden Aluminiumknetlegierungen und –gusslegierungen weiterverarbeitet?
A 
Knetlegierungen:
Band (Blech) 
Strangpress (Extrusion) 
Schmiedeteile
Geschweißte Rohre

Gusslegierungen:
Druckgussteil (Bsp: Struktur)
Sandgussteil (Bsp: Chassis)

48
Q
  1. Welche Ziffer der EN-AW oder AA Benennung liefert dem Leichtbauer die wichtigste Information über eine
    Aluminiumknetlegierung. Worauf basiert der Rest der Nummer?
A
  • Die erste, sie gibt die Legierungsgruppe (Hauptlegierungselement(e)) an.
  • Der Rest ist nur eine Zählnummer der Aluminum Association in USA
49
Q
  1. Welches Gruppen von Aluminiumknetwerkstoffen werden im Fahrzeugbau industriell eingesetzt? Wenn sie Beispielbauteile kennen nennen sie je eins!
A

1xxx - Reflektoren, Kühler
3xxx - Wärmetauscher, Reinluftrohre Turbo
5xxx - Fahrwerks- und Strukturbauteile
6xxx - Strukturanwendungen im Fahrzeug, Sportwagen: Fahrwerk
7xxx - Bumpersysteme, Türaufprallträger, Sportwagen

50
Q
  1. Voraussetzungen für die Ausscheidung einer feindispersen zweiten Phase aus einem homogenen Mischkristall?
A
  • hohe Löslichkeit der Gleichgewichtsphase bei hohen Temperaturen
  • abnehmende Löslichkeit der Gleichgewichtsphase in der Matrix mit abnehmender Temperatur
51
Q
  1. Was bewirkt bei nichtaushärtbaren Legierungen eine
    Festigkeitssteigerung, was bei aushärtbaren Legierungen?
    Wie wirkt sich eine Wärmebehandlung auf die Festigkeit bei
    beiden Gruppen aus?
A

Tabelle. Siehe Fragekatalog

Aluminiumlegierungen:

Aushärtbare Aluminiumlegierungen:

  • Verfestigung durch Ausscheidung von vorher gelösten Bestandteilen.
  • Wärmebehandlung bewirkt Festigkeitssteigerung!

Naturharte Aluminiumlegierungen:

  • Verfestigung durch Mischkristallbildung
  • Wärmebehandlung bewirkt Festigkeitsabfall!
52
Q
  1. Was sind die Hauptlegierungselemente der 5xxx, 6xxx und 7xxx Gruppe?
A
  • Mg (Mn)
  • Mg-Si
  • Zn-Mg
53
Q
  1. Bringen sie die Legierungsgruppen 1xxx bis 7xxx in eine Reihe aufsteigender Festigkeiten, basierend auf der mittleren Festigkeit der Legierungen in den Gruppen
A

1xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 2xxx, 7xxx

54
Q
  1. Welche Hauptlegierungsgruppen enthalten aushärtbare

Legierungen? Welche nimmt diesbezüglich eine Sonderstellung ein?

A

6xxx, 2xxx, 7xxx

4xxx enthält auch naturharte Legierungen (kein Mg in der Legierung)

55
Q
  1. Welche Verfestigungsmechanismen gibt es? Können diese sich ergänzen?
A
  • Mischkristallverfestigung
  • Verformungsverfestigung
  • Feinkornhärtung
  • Teilchenhärtung (Ausscheidungen, Dispersoide)

Die gesamte Festigkeitssteigerung ergibt sich aus der Summe der Einzelbeiträge!

56
Q
  1. Erläutern sie die Zusatzbezeichnungen Tx hinter aushärtbaren Al Legierungen graphisch. Wie heißt der Zustand maximaler Festigkeit. Welche anderen Zustände werden industriell geliefert und genutzt?
A 
T4 (LSG und kaltausgelagert) 
für Bleche zur Umformung 
T63 für Bleche und Rohre die noch 
etwas umgeformt werden müssen 
T7 (überaltert) 
für 7xxx Bleche unter Korrosion
57
Q
  1. Was passiert beim Auslagern im Gefüge der Al-Legierungen? Warum kommt es nach dem Maximum der Festigkeit bei T6 wieder zu einem Rückgang der Festigkeit?
A
  1. homogener Mischkristall
  2. kohärente Ausscheidung —> Festigkeitssteigerung
  3. teilkohärente Ausscheidung–> maximale Festigkeit
  4. inkohärente Aussscheidungen–> Festigkeitsabfall
58
Q
  1. Erläutern sie die Temperaturführung beim der Herstellung von aushärtbaren Al-Legierungen in den Zustand T6
A
  1. Lösungsglühen (homogenisieren):
    –> entsteht ein homohener Alpha-Mischkristall.
    B-Atome nehmen Gitterplätze in der A-Matrix ein
  2. Abschrecken:
    Rasches Abkühlen auf Raumtempertur friert diesen homogenen Zustand ein.
    –> entsteht übersättigter Mischkristall (thermodynamisches unstabil)
  3. Auslager (Warm/Kalt):
    Auslagerung erfolgt bei einer Temparatur unterhalb der Segregatlinie. Es wird aus dem übersättigten Alpha-Mischkristall scheidit sich die stabile inkohärente Gleichgewichtsphase Beta aus.
59
Q
  1. Welche 2 unterschiedlichen Auslagerungsmethoden gibt es?
A
  • Kaltauslagerung

- Warmauslagerung

60
Q
  1. Wodurch kann es beim Abschrecken nach dem LSG zu lokal ungünstigen Eigenschaften und Verzügen kommen?
A

Lage und Geometrie des Bauteils führen bei der Tauchkühlung zu unterschiedlich großen Wärmeübergangskoeffizienten
–> Abkühlraten können um Faktor 100 differieren

Selbst gleiche Wärmeübergangskoeffizienten führen bei unterschiedlicher Materialverteilung zu unterschiedlichen Temperaturverläufen.

61
Q
  1. Gibt es unterschiedlich Abschreckempfindlichkeiten bei Al- Legierungen? Warum?
A

Legierungen:
- EN AW-2024 kritische Abschreckgeschw.
v_krit = 6000°C/min

  • EN AW-6060 kritische Abschreckgeschw.
    v_krit = 60°C/min
  • EN AW-6005A kritische Abschreckgeschw.
    v_krit = 130°C/min
  • EN AW-6061 kritische Abschreckgeschw.
    v_krit = 670°C/min
  • EN AW-6082 kritische Abschreckgeschw.
    v_krit = 680°C/min
  • EN AW-7020 kritische Abschreckgeschw.
    v_krit = 40°C/min
  • EN AW-7075 kritische Abschreckgeschw.
    v_krit = 6000°C/min

Verfahren:

  • Tauchkühlung
  • Spritzwasserkühlung
  • Gasabschreckung
  • Spraykühlung
62
Q
  1. Wodurch ist eine ideale Abkühlung nach dem LSG

gekennzeichnet?

A

ideale Abkühlparameter:

  • 500 bis 300°C schnelle Abkühlung (Vermeidung inkohärenter Phasen)
  • 300 bis 80°C langsame Abkühlung (Minimierung des Verzuges)
  • Gleichmäßige Abkühlng im gesamten Bauteil (Minimierung des Verzuges)
63
Q
  1. Was sind Fließfiguren? Bei welcher Legierungsgruppe treten sie auf? Weshalb werden sie beim Automobil in Sichtbereichen nicht toleriert?
A 
Fließfiguren: 
Typ A: „Lüdersbänder“ , 
Streckgrenzeneffekt 
Typ B: „Sägezahnlinien“, 
Portevin-LeChatellier-/ 
Dynamischer Reckalterungs-Effekt

5xxx Legierungen

Die Fließfiguren sind auch durch eine Lackierung
sichtbar!

64
Q
  1. Erklären sie die Unterschiede zwischen direktem und indirektem Strangpressen.
    Wann wir indirektes Strangpressen angewandt?
A

Direktes Strangpressen:
Beim direkten Strangpressen wird der Block auf den Durchmesser der Aufnehmer-Bohrung gestaucht und durch formgebende Matrizen gepresst. Bewegung zwischen Block und Aufnehmer erfordern Reibungsarbeit.

indirektes Strangpressen:
Beim indirekten Strangpressen wird der Block zunächst im Aufnehmer aufgestaucht, der durch einen Stempel verschlossen wird. Die Matrize wird von einem feststehenden Hohlstempel abgestützt und in den Aufnehmer eingetaucht. Beim Pressen bewegen sich Block und Aufnehmer gemeinsam.
–>Reibungsfrei

65
Q

Erläutern sie den Unterschied zwischen Warm- und
Kaltkammerdruckguss.
Welche Haupt Vor- und Nachteile hat Druckguss?

A

Warmkammerdruckguss:
Heiße Schmelze befindet sich in einem einem Gießbehälter. Der Gießkolben drückt die Schmelze in die Druckgussform. Die Druckgussform besteht aus einer feststehender und beweglichen Formhälfte. Nach Abschluss des Druckgusses wirft der Auswerfer das Gussteil aus.

Kaltkammerdruckguss:
Heiße Schmelze wird in die Gießkammer befüllt und der Gießkoleben drückt die Schmezle in die Druckgussform. Restliche Ablauf identisch zum Warmdruckguss.

Vorteile:
- kurze Zyklenzeit 
- für sehr große Serien geeignet 
- sehr dünnwandige Teile herstellbar 
- wenig Lunker 
(hoher Druck, nachpressen)
Nachteile:
- keine Kerne (außer Salz) 
- keine Hinterschnitte 
(außer aufwendige Schieber) 
- teure Werkzeug, hoher Verschleiß 
- größere Wanddickenunterschiede 
schwierig umsetzbar
66
Q
  1. Erläutern sie den Niederdruckkokillenguss?
A
  1. Kokille geöffnet–> Ofen drucklos
  2. Kokille geschlossen –>Druckbeaufschlagung 0,2 - 0,5 bar
  3. Kokille geöffnet, Gussteil erstarrt –> Auswerfer vorgefahren. Ofen Drucklos
  4. Gussteil wird entnommen
67
Q
  1. Wozu wird Niederdruck Sandguss eingesetzt?
A
  • Prototypen, Kleinserien
68
Q
  1. Welchen Nachteil hat Magnesium beim Umformen?

Wie kann man ihn überwinden?

A
  • schlechte Umformbarkeit bei Raumtemperatur

- gute Umformbarkeit oberhalb ca. 225°C

69
Q
  1. Welche 2 Punkte des Lastenhefts bedürfen bei Magnesium besonderer Aufmerksamkeit?
A
  • Korrosion, insbesondere im Verbund mit Stahl

- Kriechneigung bei Raumtemperatur und unter schwellenden Lasten

70
Q
  1. Wodurch kann man bei Magnesiumlegierungen die

Korrosionsanfälligkeit drastisch reduzieren?

A

High Purity Legierungen

71
Q
  1. Welchen unschöne Besonderheit ist bei der Benennung der Magnesiumwerkstoffe zu beachten?
A
  • Spezielle Kurzbuchstaben, statt der chemischen Abkürzungen
  • Bezeichnung von Magnesiumlegierungen durch ASTM (B 275)
72
Q
  1. Welche Vorteile biete Magnesium generell im Vergleich zu anderen metallischen Konstruktionswerkstoffen?
A
  • Leichtester Metallischer Konstruktionswerkstoff
  • Gute spezifische Festigkeits-/ Steifigkeitseigenschaften
  • Gute Gewichtsspezifische Werte für Beulfestigkeit, Beulsteifigkeit, Crashverhalten
  • Gute Abschirmeigenschaft gegen elektromagnetische Strahlung
  • hohe Dämpfungseigenschaft
  • exzellente Bearbeitbarkeit
  • Absolut ungiftig
  • Sehr umweltfreundlich, da 100% recyclebar
  • keine Rohstoffverknappung, exzellente Verfügbarkeit, langfristig stabile Preise
73
Q
  1. Wie wurden Magnesium Bleche in jüngerer Zeit hergestellt? Welches Verfahren hat sich durchgesetzt? Warum?
A

Erzeugung von Magnesium Band:
• aus stranggegossenen Brammen mit einer Ausgangsdicke
von üblicherweise 120 mm (ehemals Salzgitter)
Diese Brammen kosten auf dem Markt jedoch rund 12 Euro/kg
und um die 15 Walzvorgänge erforderlich,
um sie auf 2 mm herunter zu walzen

• aus Masseln im MgF-Verfahren,
die verwendeten Masseln kosten rund 2,20 Euro/kg.
(ThyssenKrupp, MagnesiumFlachprodukte-MgF)

• aus strangepressten Rohren (Stolfig GmbH)

74
Q
  1. Welche Besonderheit gibt es bei Magnesiumknet und -
    gusslegierungen im Vergleich zu Aluminium?
    Was bedeutet das für den technischen Einsatz im Leichtbau
A

• Es werden zum Teil identische Legierungen als Knet- und Gusslegierungen eingesetzt
• Blech und Guss haben bei Magnesium dadurch sehr ähnliche technologische
Eigenschaften: Blech zeigt kaum mechanische Vorteile!

75
Q
  1. Welche Nachteile hat Magnesium beim Strangpressen im Prozess und bezüglich der Produkteigenschaften verglichen mit Aluminium?
A

• Hohe Presskräfte und hohe Anfahrkräfte
• Geringe maximale Pressgeschwindigkeiten
• Niedrige Umformgrade
• Keine dünnen Wandstärken
• Ausgeprägte Asymmetrie bzgl. mechanischer Kennwerte
• Deutliche Zug-/ Druck-Anisotropie => verminderte mechanische Eigenschaften bei
Druckbeanspruchung
• Inhomogene Korngrößenverteilung
• Oberflächenverfärbungen

76
Q
  1. Welches Magnesiumgussverfahren gibt es bei Aluminium nicht und ist der Kunststoffverarbeitung entlehnt?
A
  • Magnesium Injection Molding
77
Q
  1. Nennen sie mindestens 7 Bauteile im Fahrzeug bei denen Magnesiumlegierungen in Serienproduktion eingesetzt werden?
A
  1. Saugrohr
  2. Konsole
  3. Getriebegehäuse
  4. Lenkrad
  5. vordere Querträger
  6. Toe Box
  7. Instrument Panel
78
Q
  1. Welche drei Verfahren werden beim Magnesiumdruckguss

eingesetzt? Welche Vor- und Nachteile bieten sie im Vergleich?

A

Kaltkammerdruckgießen:

  • Gießtemperatur 650 - 700°C
  • SFA6 o. SO2 Schutzgas Notwendig

Warmkammerdruckgießen:

  • Gießtemperatur 650 - 700°C
  • SFA6 o. SO2 Schutzgas Notwendig

Thixomolding (Metal Molding)

  • Ausgangsmaterial Granulat
  • Gießtemperatur 560 - 620°C
  • 0-25% Feststoffanteil
  • Schutzgas Argon
79
Q
  1. Vergleichen sie die Werkstoffe Stahl Aluminium und Magnesium und Ihre Halbzeuge Blech, Guss und Strangpress in einer Matrix zur Beurteilung der Relevanz der Technologie für die industrielle Serienfertigung von PKW
A 
Stahl Blech:
\+ hohe spezifische Festigkeit
\+ Gute Duktilität
\+ Gute Fügbarkeit
\+ günstiges Halbzeug
\+ Umformung sehr günstig
\+ ZSB günstig
Stahl Guss:
o Mäßige Festigkeit
o Geringe Duktilität
- schlechte Fügbarkeit
\+ günstiges Rohmaterial
- Großserie kaum günstiger

Stahl Strangpressen:
Technologisch nicht sinnvoll
– Werkzeugstandzeit
– Pressparkeit

Aluminium Blech:
\+ hohe spezifische Festigkeit
o Mäßige Duktilität
\+ Gute Fügbarkeit
o Halbzeug teurer als Stahl
o Umformung günstig
- ZSB teuerer als Stahl
Aluminium Guss:
\+ gute Festigkeit
o geringe Duktilität
- schlechte Fügbarkeit
\+ günstiges Rohmaterial
o Großserie günstig wenn Funktionsintegration hoch
Aluminium Strangpressen:
\+ Gute Festigkeit
o Duktilität gut, aber anisotrop
\+ Gute Fügbarkeit
\+ günstiges Rohmaterial
\+ großserie günstig
Magnesium Blech:
o spezifische Festigkeit 
- geringe Duktiliät 
o Mäßige Fügbarkeit (+ Schweißen)
- Halbzeug technolog. bedingt teuer
- Umformung teuer
- ZSB sehr teuer
Magnesium Guss:
\+ Festigkeit wie Blech
\+ Duktiliät wie Blech
\+ Fügbarkeit wie Blech
\+ Rohmaterial wie Blech
\+ Großserie günstig wenn Funktionsintegration hoch
Magnesium Strangpressen:
- Festigkeit kleiner Blech, anisotrop
- Duktiliät kleiner Blech, anisotrop
\+ Fügbarkeit wie Belch
\+ Rohmaterial wie Blech
- Großserie technolog. bedingt teuer
80
Q
  1. Nennen Sie Vor- und Nachteile des Werkstoffs Titan als

Strukturmaterial (je 3)

A

Vorteile:
-> Hohe spezifische Festigkeit
-> Geringer Festigkeitsabfall bei erhöhten Temperaturen
–> Hohe Duktilität bis zu tiefen Temperaturen
–> Hohe Ermüdungsfestigkeit
–> Hohe Korrosionsbeständigkeit, vor allem gegen Salzwasser (TiO2 – dichte
Schutzschicht, schnelle Bildung)
–> amagnetisch, schlechte Einkopplung
–> sehr gute EMV Abschirmung
–> hohe Temperaturbelastbarkeit

Nachteile:

  • -> Ab 550 – 600°C starke Beschleunigung der Oxidation
  • -> Häufig nur bei hohen Temperaturen umformbar (a + b, near a)
  • -> Niedriger E-Modul
  • -> Spanende Bearbeitung schwierig
  • -> Ausgeprägte Anisotropie
  • -> Kann an reiner Stickstoffatmosphäre brennen
  • -> Teuer!
81
Q
  1. Welche Halbzeuge werden aus Titan hergestellt?

Welche Besonderheit weißt Reintitan bei der Umformung auf?

A 
Stäbe
Draht
Profile
Nahtlos Rohre
Bleche
geschweißte Rohre

Beta-Phase (Oberhalb 882°C):
gute Verformbarkeit
hohe Diffusionsgeschwindigkeit
krz-Matrix

Grenze Beta-Transus-Temperatur bei 882°C

Alpha-Phase (unterhaln 882°C):
mäßige Verformbarkeit
geringe Diffusionsgeschwindigkeit
hdp-Matrix

82
Q
  1. Welche 3 Wirkungen haben verschiedene Legierungselemente bei Titan?
A

neutral, alpha oder beta stabilisierend

83
Q
  1. In welche vier Gruppen werden die Titanlegierungen eingeteilt?
A
  1. Alpha-Legierungen:
    - Reintitan
    - Legierungen, die Alpha-stabilisierende oder neutrale Elemente enthalten
  2. Near-Alpha Legierungen
    - Enthalten geringe Mengen an Beta-Stabilisierenden Elementen
  3. (Alpha+Beta)-Legierungen
    - Enthalten bei Raumtemperatur 5-40 Vol.% Beta-Phase
  4. Beta-Legierungen

Leichtbau (2 decks)

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