Fragenkatalog Flashcards
Nennen und begründen Sie die Ziele im Leichtbau.
Gewichtsreduzierung: Betriebskosten, Energie, Ressourcen reduzieren
Gewichtsoptimierung: Erhöhen der Nutzlast
Mehrwerte erzielen durch Funktionsintegration (z.B. Tank in Flugzeugtragfläche)
Nennen Sie Leichtbauansätze.
Gesamtprodukt optimieren
Systematische Betrachtungsweise (Eigenschaften + Gewicht)
Hybridisierung der Konstruktion (z.B. Stoffwechsel, neue Funktionen)
Effizienz des Gesamtsystems (Kosten-/Nutzen, Produktlebenszyklus)
Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Systemzuverlässigkeit über Produktlebensdauer (Herstellungs- und Betriebskosten beachten)
Erklären Sie die möglichen Auswirkungen vom Leichtbau in einem selbstgewählten Beispiel.
Höherfester Stahl -> leichtere Karosserie -> kleinerer Motor -> kleinere Bremsanlage + kleinerer Tank
Welche Fachdisziplinen stehen beim Leichtbau im Vordergrund bzw. finden Anwendung?
Werkstoffkunde
Konstruktion (Festigkeitslehre),
Fertigungstechnik,
Simulation (Topologieoptimierung)
Welche Leichtbaustrategien kennen Sie?
Konzeptleichtbau (Funktionsintegration)
Bedingungsleichtbau(Anpassung über Lasten)
Fertigungsleichtbau (Optimierung der Fertigung z.B. kleben statt schweißen)
Formleichtbau (Bauteilform)
Stoffleichtbau (Werkstoffwechsel)
Erklären Sie den Zusammenhang zwischen den Leichtbaustrategien und Auslegungsgrenzwerten.
WS bis zu seinen Grenzen ausnutzen
Alle Bereiche gleichmäßig ausnutzen
Auslastungsgrenzen exakt kennen
Was bedeutet Strukturoptimierung/Topologieoptimierung?
Exakte Lasten und optimierte Sicherheitsbeiwerte, homogene Lastverteilung
Erklären Sie den Unterscheid zwischen den Verbundwerkstoffen Teilchen-, Faserverbund- und Schichtwerkstoffen. Benennen und skizzieren Sie jeweils ein Beispiel.
Schicht-Verbund: Verstärkungs- oder Funktionsphase als Deckschicht oder abwechselnd
Faser-Verbund:
Dünne Fasern gerichtet oder regellos
Teilchen-Verbund:
Feinste, gleichmäßig verteilte Kristalle in der Matrix
Was bedeutet Bionik im Zusammenhang mit Leichtbau, nennen Sie Beispiele
Konstruktionsprinzipien aus der Natur, zB. Wabenstruktur, Sandwichbau, Halme, Gras, Bambus
Mechanische Eigenschaften: Vergleichen Sie qualitativ das Versagensverhalten im Spannungs-Dehnungsdiagramm von spröden und duktilen Werkstoffen und leiten Sie hieraus die Gebrauchseigenschaften bei Belastung ab.
Spröde: spontanes Versagen, keine Dehnung (Keramik)
Duktil: Dehung (Versagen kündigt sich an, lässt sich dadurch besser einsetzen), Verhalten bei versch. Temperaturen (Stahl)
Welche Brucharten kennen Sie?
Statischer Bruch z.B. Verformungsbruch
Dynamischer Bruch z.B. Schwingungsbruch; erkennt man nicht von außen
Was bedeutet Kerben und Kraftumlenkung für die dyn. Belastung?
Mehrachsiger Spannungszustand,
Bauteil kann schon bei niedrigeren Spannungen versagen
Kräfte nicht umlenken (3-achsiger Spannungszustand)
(Verringerung der Lebensdauer des Bauteils)
Beschreiben Sie anhand eines Werkstoffes das temperaturabhängige Werkstoffverhalten.
Verringerung der Festigkeit (warm), Sprödbruch (kalt)
sie Graphen
Nennen Sie Kriterien zur Werkstoffauswahl.
Beanspruchungsgrad, Bauteilversagensverhalten, Sicherheitsvorgaben (-kennzahlen), Anforderungsgebiet, Einsatzgebiet, Kundenvorgaben, Kosten Gewicht Festigkeit Umgebung Verfügbarkeit Branche
Beschreiben Sie den systematischen Prozess der Werkstoffauswahl.
Phase 1: Klärung der Aufgabenstellung (Produktanforderungen definieren Materialanforderungen)
Phase 2: Systematische Auswahl ( Funktionen eines Produktes)
Phase 3: Entwurfsphase ( Überprüfung vom möglichen detaillierten Materiallösungen, Konkretisierung der Auswahl)
Phase 4: Ausarbeitung der Werkstoffauswahl (Dokumentation, Nachweise vom Werkstoffverhalten)
Beschreiben Sie die Werchselwirkungen bei der Materialauswahl in Bezug auf Konstruktion, Werkstoff und Fertigung.
Werkstoff (z.B. Lasten halten)
Fertigung (Fertigungsfähigkeit)
Konstruktion
Alle stehen miteinander in einem Dreieck in Wechselwirkungen
!!! Ordnen Sie den Materialanforderungen eine Eigenschaftsgröße zu. !!!
Zugfestigkeit - Rm Elastizität - E spezf. Wärmeausdehnung Verschleißfestigkeit Dehnbarkeit Bruchdehnung
Vergleichen Sie in der Tendenz verschiedene Profile zur Belastungsanforderung.
Eigenschaften von Profilen
- Geschlossene Profile / Vollmaterial besser bei Torsion
- Rohr oder I-Träger besser bei Biegung, statt Vollmaterial
Vergleichen Sie die Werkstoffgruppen Metalle, Polymere, Keramik, Verbundwerkstoffe durch spezifische Vor- und Nachteile
Metalle: Hochfest, höhere Temperaturen, contra: korrosionsanfällig
Polymere: Leicht, chemisch stabil, contra: mechanische Eigenschaften
Keramik: Hohe Festigkeiten, contra: sehr spröde
Verbundwerkstoff: hohe Festigkeiten, hohe Steifigkeiten, contra: anisotropische
Eigenschaften (Manchmal auch vorteil)
Welche Leichtbauwerkstoffe (Werkstoffgruppen) kennen Sie?
Nicht-Eisenmetalle (Kunstoffe, Polymere, Verbundwerkstoffe, Faserverstärkte Kunststoffe, Keramiken)
Metalle (Höher feste Stähle, Aluminium, Magnesium, Titan)
Vergleichen Sie das Verformungsverhalten von Thermoplasten und Duroplasten in Abhängigkeit von der Temperatur.
siehe Verhaltensdiagramm
Wodurch zeichnen sich faserverstärkte Kunstoffe als Verbundwerkstoffe aus. Beschreiben Sie die Eigenschaften.
Anisotropes Verhalten
Matrix hält Faser in Position und schützt vor Umwelteinflüssen
Faser (sorgt für hohe Festigkeit)
Lastangepasste Faserrichtung
Verbund besser als Werkstoff allein
Gestaltungsprinzipien im Leichtbau?
leicht, stabil, wirtschaftlich, geringes Gewicht, geringe Kosten, funktionsintegration
Konstruktive Prinzipien für den Leichtbau.
Gitter-/Wabenstruktur
Direkte Krafteinleitung
Große Flächen- und Widerstandsmomente
Natürliche Stützfunktion durch Krümmung
Völlige Ausschöpfung der Konstruktion
Integratives Prinzip
Ausnutzung des Materials
Nutzungs– und Belastungsdauer muss gewährleistet sein
