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Kunststofftechnik 2 (Subject) / Faserverbundwerkstoffe 4 (Lesson)

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• Welche Vorteile bietet die CAE-Integration in dern Produktentwicklungsprozess? Zeitersparnis Produktoptimierung Qualitätssteigerung Kostenoptimierung kürzere Einarbeitungszeiten virtuelle Werkzeugänderungen
• Was beeinflusst das Model eines Formgebungsprozesses? Nenne die 5 Faktoren mit je einem beispiel: Prozessgrößen: Drücke... Stoffgesetze:     Viskosisät.... Geometrie:     Flächig... Lasten:     Kräfte Randbedingungen:   Umgebungstemperatur
• Warum sind Bindenähte zu vermeiden? In Bindenahtbereichen ergeben sich heterogene Faserorientierungen, die zu einem geschwächten mechanischen Verhalten führen!
• Wodurch kann der Verzug bei Abkühlung reduziert werden? Durch Veränderung der Anspritzposition können geometrie und Prozessbedingt optimale Faserausrichtung identifiziert werden, die zu einer besseren Maßhaltigkeit führen!
• Nenne 5 Mechanismen der Umformung gewebeverstärkter, thermoplastischer Halbzeuge: Faserdehnung Faserstreckung intramlaminares Gleiten interlaminares Gleiten Gewebescherung Faserschlupf
• Nenne 5 Fehler der Umformung gewebeverstärkter, thermoplastischer Halbzeuge: Verzug Dickenänderung Faltenbildung Faserknicken Oberflächenrauheut Faserbruch Faserverschiebung Oxidation
• Woraus setzt sich die integrative Produktentwicklung zusammen? Werkstoff  (optimierung) Konstruktion  (soptimierung) Prozess  (optimierung)
• Was versteht man unter Integrativer Simulation: Die Berücksichtigung der Fertigungseinflüsse auf das Bauteil!Schwindung/Verzug?!
• Strategie zur Auslegung der Rippenstruktur? Belastungskollektiv Topologieoptimierung Füllsimulation
• Welche Prozesssimulationsprogramme gibt es und wozu dienen sie? EXPRESS: unterstützung in der KOnstruktionsphase von Pressbauteilen aus SMC/BMC und GMT/LFT -> Rheologische Auslegung: Ausbreitung der Schmelze, Lufteinschlusserkennung... ->mechanische Auslegung:    Faserorientierungsberechung, Anisotrope Materialkennwertberechnung -> thermomechanik : schwindung, Verzug   CADWIND: berechnet das Wicekmuster und dei Faserablage auf dem Wickelkern und erstellt Steuerdaten für die Maschine: Vorteile: Fertigung von beliebiegen Geometrien              Wesentlich mehr Möglichkeiten der Faserablage durch nicht geodätische BerehcnungZeit und Kostenersparnis durch erheblich schnellere Entwicklung, geringer Maschinenstandzeitenbessere Qualität der Bauteile  
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• Auf welche Kriterien ist bei der Auslegung von FVK und Metallen zu achten? Wodurch unterscheiden sich die beiden Materialien? 5 Beispiele                                                            Metall                         FVK kritische Spannung                   Zugspannung                       Druck Umwelteinflüsse                   Ermüdung, Korrosion             Termp,Feuchte Kerbenmpfindlichkeit                    Gering                                hoch elastisches Verhalten                lokal plastisch                   srpöde Schadensvoraussage                gut                                        schlecht
• Wo bestehen in einem Laminat "delaminationsgefährdetete Bereiche"? wo hohe interlaminare Spannungen provoziert werden. An freien Rändern entstehen interlaminare Spannungen wegen Randeffekten belastete Bohrungen Klebeverbindungen endende Schichten innerhalt des LAminats
• skizziere einen idealen Dickenübergang innerhalb eines Laminates: S.8 VE09
• Nenne 3 gängige Methoden(übergruppe??) der Formschlüssigen Verbindung von FVK: Schlaufen ( Sonderform:Keil-Schlaufenanschlüsse) Bolzen-, Niet- und Durchsteckverbindungen Kunststoff- Direktverschraubung
• Welche Vor und Nachteile bieten Bolzen, Niet und Durchsteckverbindungen bei FVK? Worauf ist dabei besonders zu achten? Wie kann das Verfahren verbessert werden????? + technische, wirtschaftliche Gründe -> Austauschbarkeit... -nicht fasergerecht -> Delaminationsgefahr. Randeffekte....   Bei der Realisierung vor allem bei der Lochvorbereitung sind diamant/hartmetall Werkzeuge zu verwenden, im Ausfransung oder Delamination beim Bohrer-Austritt zu vermeiden!!!   Verbesserung: Löcher nicht bohren, sondern vor dem Aushärten durchstechen! Dabei werden Fasern verdrängt und umgeleitet und nicht verletzt!!! Moulded-in Holes!
• Welche Versagensarten gitb es bei Bolzen/Niet/Durchsteckverbindungen? Spalten Lochleibung Ausreißen Nietabscheren kombiniertes Abreißen/Ausreißen Abreißen
• Welche Vorteile bietet die Kunststoff-Direktverschraubung: Metallschraube formt Muttergewinde bei Montage selbst Artfremde Werkstoffe können lösbar verbunden werden auch bei kleinen Stückzahlen wirtschaftlich
• Welche Versagensarten gibt es bei der Kunststoff-Dirketverschaubung? Schraubenauszug : geringe Flankenüberdeckung, zu große Kernlochdurchmesser ode rkleine Einschraubtiefen... Schraubenbruch: zu große Einscharubtiefe oder kleine Kernlochdurchmesser erfordern hohe Montagekräfte Aufreißen des Tubus: wenn beim Einschrauben zu große Werkstoffvolumina verdrängt werden müssen -> radial Spannungen Abreißen des Tubus: Querschnittsfläche oder Tubusanbindung im Bauteil nicht ausreichend für die Kraftübertragung
• Eine gute Benetzung ist Voraussetzung für gute Haftung. Warum? Die Grenzschichtreaktionen, für die Ausbildung der Bindungskräfte laufen in Atom-Abstands-Bereichen ab. -> Annähern der Atome und Moleküle im Klebstoff und Fügeteil erforderlich! ->>> ausreichendes Benetzungsvermögen! Kontaktwinkel zwischen Flüssigkeitstropfen und Feststoff als Maß für Benetzungsverhalten
• Nenne 6 verschiedene Haftungsmechanismen beim Kleben! mechanische Haftung durch Verklammerung gegenseitiges Durchdringen der Polymermoleküle kovalente Bildungen Wasserstoffbrückenbildung Dipole Zwischenmolekulare Kräfte zwischen polaren Gruppen an Fügeteil und Klebstoffmolekülen
• In welche 3 Gruppen lassen sich KLebstoffe generell unterscheiden? Nenne Beispiele: Reaktive Klebstoffe : Epoxide, Polyurethane (chem. Reaktion von flüssig nach fest. Polymerisation etc...) Nichtreaktive Kl. : Lösemittel- und DiffusionsklebstoffeDispersionsklebstoffe, Schmelzklebstoffe Haftklebstoffe: hochviskose Flüssigkeiten die üblicherweise auf Trägern aus Papier aufgetragen
• Nenne 5 Möglichkeiten der Vorbehandlung von KLebeflächen? mech. Behandlung: -> Abtrag der antiadhäsiven Schichten Reinigung mit Flüssigkeiten -> entfernt organische Ablagerungen wie Gleitmittel, Trennmittel.... Beflammung zur Beseitigung von Verunreinigungne Niederdruck-Plasmabehandlung - > aktiviern oberflächennaher Polymermoleküle -> erhöht Benetzung und Haftung Primer und Haftvermittler
• Nenne 5 Richtlinien bei der konstruktiven Gestaltung von KLebeverbindungen Zugbeanspruchung vermeinden Schälbeanspruchung besonders vermeiden Schubspannungen forcieren exzentrische Krafteinleitung führt zu Zugbeanspruchung ... vermeiden richtige Dicke der Klebeschicht berücksichtigen
• Nach welchem Kriterium lassen sich Schweißverfahren unterteilen? Nenne je ein Beispiel! Nach art der Wärmeeinbringung: Leitung:     Heizelementschweißen Konvektion: Extrusionsschweißen Strahlung:   Laserschweißen Reibung : a) Innere Reibung: Ultraschallschweißen                b) Äußere Reibung: Vibrationsschweißen
• Nenne die Prozessschritte beim Heizelementschweißen: Beschreibe kurz auffällige Maschinendetails: Angleichen Erwärmen Umstellen Fügen Kühlen Heizelemente aus elektrisch beheizten Platten. Antihaftbeschichtung.Antrieb erfolgt pneumatisch, hydraulisch oder elektromechanisch!
• Schildere den Verfahrensablauf ebim Infrarotschweißen und nenne auffällige Maschinendetails: Bestrahlen Umstellen Fügen Kühlen   Strahler emittieren nicht genau eine Wellenlänge, sondern ein Wellenspektrum, welches auf das Absorptionsspektrum des zu schweißenden Kunststoffes abgestimmt sein muss!
• In welche 4 Phasen kann das Vibrationsschweißen unterteilt werden? Feststoffreibung instationäre Schmelzebildung stationärer schmelzefluss kühlen
• Skizziere und erkläre kurz den Aufbau einer Vibrationsschweißanlage: Schwingungserzeugung erfolgt mechanisch, elektromagnetisch, hydraulisch hydraulische und elektromagnetische Antriebe erzeugen Resonanzschwingung eines Federsystems, mechanischer Antrieb erfolgt durch exzentergetriebe S.47.VE09 Bild
• Welchen Einfluss hat das Schweißen auf die Faserorientierung und damit auf die Eigenschaften des Bauteils? unabhängig vom Schweißverfahren: Schmelzefluss senkrecht zur Fügerichtung.  Die Fasern richten sich senkrecht zum Fügeweg aus -> Festigkeit der Schweißnaht etwa wie die des unverstärkten Kunststoffs!
• Beim Vibrationsfügen kann auch Duro/Duro verschweißt werden. Erkläre den Prozess: Aufbringen der Thermoplastschicht auf Duroplastsubstrat. Abtrennen des überstehenden thermoplastischen Materials Aufbringen der zweiten duroplastischen Platte auf Zwischenschicht   Durhc die abrasive Wirklung der Fasern der thermoplastichen Zwischenschicht wird die Oberfläche der Substrate aufgeraut und es kommt zu Verkrallung der Kurzgalsfasern in der Gewebeverstärkung der Fügepartner!
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• Besonderheiten des Verformungsverhalten von FVK im Vergleich zu unmodifizierten Kunststoffen? Verhalten weniger stark von Temp, Belast.dauer und Umweltbedingungen abhängig Verformungsverhalten besonders abhängig von : Faser/Füllstofforientierung, Gehalt, Verteilugn.... Lokale Schädigung beeinflussen besonders das Versagen der lasttragenden Fasern Bei Druckbeanspruchung wird durch lokale Risse die Stützfähigkeit herabgesetzt -> Ausknicken der Faser
• Worin unterscheidet sich das Spannungs-Dehnungsverhalten von FVK von dem der unverstärkten Matrix? "KNIE" Bild. S.7 VE11
• Was wird vornehmlich für die Messung der Querkontraktion verwendet? Warum? Dehnmessstreifen! leicht applizierbar einfach zu handhaben universell einsetzbar
• Welche Probleme ergeben sich bei der Zugprüfung von flächigen Bauteilen? Abhilfe durch?? Probleme: Schädigung beim Ausschneiden, Abweichung der Faserorientierung, steifigkeitssprünge durch Aufleimer,.... -> frühzeitiges Versagen: Lösung: Ringförmiger Prüfkörper!!!Krafteinleitung durch metallische Segmente(halbschalen-zugbacken) oder Druckmedium: Flüssigkeit, Elastomer
• Worin besteht das Problem bei Druckprüfungen von FVK-Körpern? Lösungsanstätze? Problem:Aufplatzen und Ausknicken der Prüfkörper an den Druckplatten!Lösung:Stützvorrichtung zur Vermeidung des Ausknickens
• Welchen Einfluss hat die Schubspannungsrichtung auf das Verhalten von FVK? Die Belastbarkeit des elements durch Zugspannung in Faserrichtung und Druckspannung senkrecht zur Faser ist um ein Vielfaches höher als umgekehrt, was sich auch bei der Abhängigkeit der Festigkeit von der Richtung der Schubbeanspruchung zeigt.
• Ein wichtiges Qualitätskriterium eines Verbundes ist die interlaminare Schubfestigkeit ILS. Wie ist sie definiert? Die ILS ist die Scherspannung zwischen 2 Verstärkungsschichten, bei welcher erste Schädigungen auftreten!
• Fasse die mechanischen Prüfverfahren zusammen und nenne Probleme und Lösungen: Zugversuch: Problem bei flächigen Körpern: Schädigung beim Ausschneiden, Abweichen der Faserorientierung, Steifigkeitssprünge durch Aufleimer, Lösung: Ringförmiger Prüfkörper Druckprüfung: Problem: Aufplatzen, Ausknicken der KörperLösung: Stützvorrichtung Torsionsversuche an Rohren: Schubfestigkeit von Richtung abhängig! Interlaminare Schubfestigkeit im Scherversuch Biegeversuch: Unterscheide 4punkt(konst. biegemoment zwischen stempeln->bessere emod berechnung) und 3 punkt.
• Wofür wir der Short-Beam-Test angewendet? Ermittlung der ILS.  === "kurzer" 3 Punkt Biegeprobe. Bruch durch die in der neutralen Ebene wirkende maximale Schubspannung. Aus Bruchkraft und Probengeometrie wird dei ILS berechnet. zur Qualitätskontrolle geeignet, als Kennwert für konstruktive Anwendung nicht!
• Welche Zerstörungsfreien Prüfungen von FVK gibt es? Nenne 5 Obergruppen, mit je einem Beispiel! radiologisch: Röntgendurchstrahlung akustisch: Ultraschall optisch: Vibrometer elektrisch: Leitfähigkeitsmessung thermisch: Thermographie
• Erkläre das Röntgendurchstrahl-Verfahren: Prinzip: Druchstrahlung des Prüfkörpers und anschließende Messung der Intensität.Hohe Intensität auf Detektor = veringerte Absoprtopn des Bauteils = veringerte Dichte = Hinweis auf Defekt, Lunker, Pore...
• Erkläre das Prinzip der Computertomographie und seinen Vorteil gegüber der Röntgendruchstrahlmethode. Prinzip: Durchstrahlen des bauteils mit Rö.Strahlung und anschließender Auswertung durch PC-System. Vorteil:  räumlich 3D-Analyse von Bauteilen durch die Aufnahme mehrerer Bilder aus verschiedenen Positionen möglich -> exakte lokalisierung von fehlern
• Nenne die Vorteile von CT - Verfahren: CT ermöglicht eine schnelle und zerstörungsfreie Untersuchung von FVK Bauteilen. Bauteile können 3d untersucht und charakterisiert werden. Faserorientierung und Fehlstellen können detektiert werden sehr hohe Vergrößerungen möglich definierte Volumenelemente können gezielt abgebildet werden.
• Ultraschallverfahren lassen sich in 2 Gruppen unterteilen. Welche? welchen Probleme bieten US-Verfahren? a) Impuls-echo-Verfahren: Sender und Empfänger in einem Prüfkopf    Fehler durch reflektierte Schallwellen entdeckt! b) Aufabu bestehend aus getrenntem Sender und Empfänger   Fehler durch nicht empfangene Wellen detektiert.Problem: Absorption der Schallwellen durch Material, Speziell bei FVK  kann einen Streuung der Wellen die MEssung verfälschen.
• Welches Ultraschallverfahren wird in der Praxis bevorzugt und warum? Impuls-Echo-Verfahren!!!Tiefenlage des Fehlers durch Laufzeitunterschied bestimmbar.Nachweisempfindlichkeit größer auch bei kleinen Fehlernnur ein einziger Prüfkopf notwendig!
• Erkläre das Prinzip der Thermographie, sowie Vorteile, Einsatzmöglichkeiten und Modifikationen des Verfahrens! Prinzip: Zerstörungsfreie Prüfung von innen liegenden Fehlstellen durch das Sichbarmachen von Unterschieden in der Oberflächentemperatur.Untersuchung des Wärmebilds auf der gegenüberliegenden Seite eines angestrahlten Versuchskörpers! Vorteile:Wegfall der AnkopplungsmedienDeutlich geringerer Zeitaufwand als Ultraschall! Einsatz:Detektion von kaum sichtbaren Impactschäden oder Einschlüssen. Modifikation:unterschiede zwischen aktiver(erwärmung mit externer Wärmequelle) und passiver(dynamisch-mechanische Belastung oder mikrowelle) Thermografie!  
• Nenne verschiedene Beanspruchungsarten von FVK und die daraus resultierenden Versagensarten: faserparalelle Zugbelastung:      -> kerbwirkender Mehrfach-Matrixbruch                                                           (falls Bruchdehnung M<F)                                                    -> Faserbruch wenn (Bruchdeh. F<M) Schubbeanspruchung                 -> 45° Zwischenfaserrisse wechselnde Schubbeanspruchung -> +/- 45° Zwischenfaserrisse Zugbeanspruchung senkr. zur Faser -> Zwischenfaserrisse und Grenzflächenablösungen!

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