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Kunststofftechnik 2 (Fach) / Konstruieren mit Kunststoffen 4 (Lektion)

Diese Lektion wurde von simihei erstellt.

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• Welche Drehmomente tauchen bei der Montage von Direkt-Schrauben auf? Gewindefom-Moment Mf GewindeReibmoment MR beide zusammen ergeben das Eindrehmoment Me nach Kopfauflage addiert sich das Kopfreibmoment Mkr bei Versagen ergibt sich das Überdrehmoment Mü Montageanzugsmoment Ma sollte etwa 1/2 der Differenz zwischen Mü und Me sein!
• Kriterien für optimales Schraubengewinde bei der Kunststoff-Direktverschraubung geringe Radialdehnung des Einschraubtubus niedriges Eindrehmoment, hohes Überdrehmoment große Flankenüberdeckung zwischen Gewindeflanke und Kunststoff geringe Toleranzbereiche Flankenwinkel von 30° bewährt
• Kunststoff-Direktverschraubung: Welche Versagensarten gibt es? Schraubenauszug Schraubenbruch Aufreißen des Tubus Abreißen des Tubus
• Auf welchen Beanspruchungsarten können Schnappverbindungen basieren? Biegebeanspruchung, Torsionsbeanspruchung,ringschappverbindung - tangentiale dehnung?
• Was versteht man unter Filmgelenken und welchen Vorteil haben sie? Ein Filmgelenk ist eine extrem dünne Verbindung zweier Teile, die gegeneinander bewegt werden. Filmgelenke haben keine gleitenden Flächen und sind somit verschleißfrei! Sie können im Spritzgießverfahren oder im Blasform, oder Prägeverfahren hergestellt werden!
• Erkläre kruz das Prinzip des Laserdurchstrahlschweißens: Laserstrahl durchdringt transparenten Fügepartner und wird im zweiten Fügepartner absorbiert. Wärme wird durch Wärmeleitung sowohl in tiefere Schichten als auch in den transparenten Fügepartner geleitet. -> lokal aufgeschmolzen und geschweißt
• Bei der Konstruktion von Laserdurchstrahl- Schweißnähten muss beachtet werden: Fügeeben muss für Laser zugänglich sein Strahl sollte möglichst senkrecht auf die Oberfläche und die Fügefläche treffe um Reflexionsverluste zu vermeiden Da kein Abschmelzen von Fügeteiltoleranzen möglich ist, darf zwischen den zusammengedrückten Fügeteilen max. 0,05 mm betragen!
• Skizziere den Aufbau eines Ultraschall-Schweißgerätes und erkläre kurz die Funktionsweise: Bild. S. 32 VE11 von einem Generator erzeugte ele. Schwingung in mechanische transformiert infolge innerer Reibung und Grenzflächenreibung in der Fügefläche werden die mech. Schwingungen in Reibung umgewandelt und aufgeschmolzen Fügeteile oft zusätzlich mit Energierichtungsgeber ausgestattet.
• Worum handelt es sich bei einem ERG? EnergieRichtungsGeber beim Ultraschallschweißen! verursacht zu Beginn der Schweißung eine nur linienförminge Berührung und damit eine hohe lokale Druckwechselbeanspruchung schmilzt von der Sptze her ab, die Schmelze fließt in den Fügespalt und dämpft die Schwingungen, sobald sie diesen ausfüllt, noch stärker als das harte Material ohne ERG würde die Fügefläche ungleichmäßig nur an den sich zufällig berührenden Bereichen der Fläche anschmelzen
• Was versteht man unter dem Schweißfaktor? einen Schweißverbindung weißt in der Regel nicht das gleiche mechanische Verhalten wie das umgebende Grundmaterial auf. Die berücksichtigt der experimentell ermittelte Schweißtfaktor fs, welcher als Abminderungsfaktor zur Dimensionierung herangezogen werden kann.fs = eigenschaften Schweißverbindung / Eigenschaften Grundwerkstoff
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• Definiere das Verfahren "kleben". In welche Gruppen können Klebstoffe unterteilt werden? "kleben ist das fügen gleicher oder ungleicher Werkstoffe unter Verwendung eines nichtmetallsichen Klebstoffs, der Fügeteile durch Flächenhaftung und innere Festigkeiten(Adhäsion und Kohäsion) verbinden kann.   Unterteilung in: 1. Chemisch reagierende (kalt oder warhärtende: Merisation, addition, kondensation...) 2. reaktive Schmelzklebstoffe 3.physikalisch abbindende
• Erkläre das Funktionsprinzip einer Pressverbindung: PV sollen äußere Kräfte/Momente zwischen verspannten Berührungsflächen durch Reibung übertragen! Hierzu ist das Vorhandensein einer Vorspannung/"Fugenpressung" notwendig Sie wird beim Zusammenfügen der zu verbindenden Teile mit Übermaß durch deren elastische Werkstoffeigenschaften erzeugt
• Worauf ist bei der Auslegung von Pressverbindungen besonders zu achten? Relaxion der Fugenpressung, v.a. bei erhöhten und wechselnden Temperaturen Pressspannung muss unterhalb der Zeitstandfestigkeit liegen Empfindlichkeit des Werkstoffs gegenüber Spannungsrissen wegen der permanent anliegenden Spannungen Abhängigkeit der Reibungszahl von der Rauigkeit des Metallpartners und der Höhe der Flächenpressung Eigenspannungen im Kunststoffteil durch Fertigungsschwankungen
• Nenne 6 Vor und Nachteile von Kunstsoffen als Maschinenelement gegenüber Metallen. Vorteile bessere chemische Beständigkeit gestalterische Vielfalt und Integrationsfähigkeit thermische und elektrische Isolierung höhere mechanische Dämpfung billigere Serienfertigung Trockenlauf möglich! Nachteile geringere Einsatztemperaturen geringere mech. Belastbarkeit geringere Wärmeleitfähigkeit 10fach höhere Wärmedehnung gegüb. Stahl stärkeres Kriechen Temperaturabhängigkeit
• Nenne typische Versagensformen am Beispiel eines Kunstsoffzahnrads thermische Überlast Zahnfußbruch Grübchenbildung am Wälzkreis Verschleiß Zahnflankenriss
• In welche Hauptgruppen lassen sich die Versagensarten bei Maschinenelementen gliedern? thermisches Versagen mechanisches V. Tribologisches V.
• Bei der Auslegung von Kunststoffbauteilen ( Hier Getriebe) muss das Bauteil bezüglich folgender Punkte betrachtet werden: Temperaturbetrachtung Mechanische Betrachtung tribologische Betrachtung
• Warum ist eine Temperaturbetrachtung nötig? mech. und tribol . Kenngrößen von Thermoplasten zeigen eine Abhängigkeit von der Belastungshöhe, geschwindigkeit  UUUUND DER TEMPERATUR!!!    
• Worauf liegt der Fokus bei der Temperaturbetrachtung zur Auslegung eines KS Getriebes? Zahnfußtemp < dauernde thermische Einsatzgrenze Zahnflankentemp < kurzzeitige thermische Einsatzgrenze   Wird anhand einer Wärmebilanz ( entstehende Verlustwärme VS. aus dem System abgeführte Wärme) ermittelt!
• Nenne 3 Methoden der Verschleißquantifizierung sowie deren Vor und Nachteile: Taktil: normierter Standard, geringe Kosten, Zeiteffizient ABER bedienerabhängige Ergebnisse gravimetrisch hohe Genauigkeit, geringe Kosten, zeiteffizient ABER: problematisch bei Wasseraufnahme optisch keine Messkräfte, ortsaufgelöste 2D-Kontur ABER: zeit und Kostenaufwendig  
• Nenne die 4 Schritte bei der Auslegung von Gleitlagern aus Kunststoff  Berechnung der mittleren Lagertemperatur und der Gleitflächentemperatur(Vergleich der errechneten Gleitflächentemp mit der max.Dauergebrauchsttemp) Berechnung der mechanischen Belastung bei mittlerer Lagertemperatur(Vergleich der errechneten mech. Belastung mit Materialkennwerten) Berechnung des Verschleißes(Abschätzen der Lebensdauer) Geometrieauslegung
• Wodurch unterscheidet sich die additive Fertigung(generativ) von der Subtraktiven? additiv : Herstellen von Bauteilen durch schichtweises Auf- oder Aneinanderfügen von Volumenelementen subtraktiv:  erzeugen der Geometrie durch Abtragen von Material
• Grenze Rapid Prototyping, Rapid Tooling und direct Manufacturing voneinander ab. Rapid Prototyping: direkt erzeugte Prototypen zur Überprüfung von Funktionen, bzw. Modelle für Folgeverfahren wie Feinguss... Rapid Tooling: Anwendungen die das Ziel haben, unter Einsatz von Rapid Verfahren, Spritzgießwerkzeuge und Formen zur Herstellung von Prototypen und Vorserien zu bauen Direct Manufacturing:  Prozesse, die als Ergebnis Produkte mit Seriencharakter erzeugen, aber auch die Fertigung von Kleinst und Kleinserien
• Nenne 8 Vorteile der Additiven Fertigung: Werkzeuglose Fertigung: direkte Fertigung aus 3D-CAD Verkürzung der Zeit bis zur Produktrealisierung Flexibilität im Hinblick auf Konstruktionsänderungen Vielzahl an Gestaltvarianten bis hin zu individuell angpassten Einzelteilen Wirtschaftlichkeit bei niedrigen Stückzahlen Gestaltungsfreiheit komplexe Geometrien möglich Funktionsintegration Funktionssicherheit -> Eignung der Verfahren zur Herstellung von Integralbauteilen bei niedrigen Stückzahlen!!!
• Aus welchem Grund ist es sinnvoll, möglichst früh im Entwicklungsprozess bereits Konzept/Designmodelle zu haben? Änderungskosten steigen mit zunehmender Entwicklungszeit enorm an!
• Skizziere den Zeitlichen Verlauf bei der Bauteilentwicklung. Wodurch kann bei der Additiven Fertigung Zeit eingespart werden ( im Vergleich zu Spritzguss)? Bild S. 19 VE13
• Nenne 3 Vor und Nachteil der Additiven Verfahren gegenüber konventionellen Methoden? Vorteile: kurze Vorlaufzeiten geringe Kapitalbindung sehr geringe Änderungskosten Nachteile: hohe Stückzahlen nur bei kleinen Bauteilen hohe Materialpreise beschränkte Materialauswahl  
• Vergleiche die Kosten von Additiven Verfahren mit Konventionellen in Abhängigkeit der Anzahl. Welchen Einfluss haben Bauteiländerungen auf diesen Verlauf? S.23f. VE13
• Welche Faustregel gilt um festzustellen welche Bauteile besser mit additiven oder konventionellen Verfahren herzustellen wären: große Bauteilvolumen, einfache Geometrien -> Konventionelle Fertigung kleine Bauteilvolumen, komplexe Geometrien -> Additive Fertigung
• Beschreibe die 5 wichtigsten additiven Fertigungsverfahren (Material, Vorteil, Nachteile) Stereolithographie lokale Verfestigung von flüssigem Monomer durch UV, Stützen oder Stützmaterial erforderlich Material: Epoxidharze, Acrylate + hoher Detailierungsgrad,gute Oberfläche -geringere mech. und thermische Belastbarkeit als SLS und FDM Fused Depostion Modelling Aufschmelzen von festen KS(Draht), Stützen erforderlich Material: unterschiedliche KS, ABS, PPSF +höhere mech. und therm. Belastbarkeit als SL -rauere Oberflächen, geringerer Detailierungsgrad als SL Selektives Lasersintern lokales aufschmelzen von Pulverthermoplast. keine Stützen Material:Kunststoffe: PA, PS, Metalle, Keramiken +höhere mech und therm. Belastbarkeit als SL -rauere Oberflächen, geringerer Detailierungsgrad als SL 3D-Printer Einspritzen von Binderflüssigkeit in Pulverbett. keine Stützn Material: Stärke/Wasser, Gips-Keramik/Wasser, Metall +schnell, billig, kalter Prozess, farbige Modelle möglich -geringe Detailierung, raue Oberfl. geringe Belastbarkeit Laminated Object Manufacturing ausschneiden von Konturen. Verb. der Schichtn mit Kleber Papier, Kunstsoff.... +hohe Druckbelastung, geringe Materialpreise - geringe Genauigkeit,
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• Erkläre den Bauprozess beim SLS: Prinzip: lokales aufschmelzen von pulverförmigen Ausgangsmaterial durch einen CO2 Laser. Trägerplatte wird abgesenkt und der Voratsbehälter mit pulver fährt nach oben.   Neues Pulvermat. wird mit Rakel aufgetragen.    
• Skizziere eine grobe Einteilung der additiven Fertigungsverfahren nach Aggregatszustand und art der Zuführung... Nenne Beispiel           -          Draht -> FDM Fest   -          Pulver -> SLS           -          Folie   -> LOM   Flüssig                      ->   SL (Stereolithographie) Gasförmig                 ->    LCVD (Laser Jet chemical Vapr Deposition)
• Warum ist eine Produktprüfung notwendig? Derjenige der ein Produkt in den Verkehr bringt, haftet für Schädenl die eine unsachgemäße Auslegung des Produktes entstehen!
• Was sind die Aufgaben der Produktprüfung und worauf ist besonders zu achten? Prüfung der Prozessfähigkeit des Herstellprozesses p. der mech. Eigenschaften p.der optischen Eigenschaften p. der elektrischen Eig. Besondere Prüfungen: Biokompatibilität, Brandverhalten, Lebensmittelverträglichkeit, Widerverwertbarkeit Beachte: Prüfung nur an serienidentischen Bauteilen zulässig! Prüfungen müssen die Änderungen der Produkteigenschaften durch langzeitige Nutzung berücksichtigen ( zeitraffende PRüfung=
• Nenne die äußeren Einflüsse auf Alterung von Kunststoffen? mech. Belastung Licht natürliche Medien Biologische Medien Temperatur chem. Medien
• Welche 3 Alterungsmechanismen gibt es? nenne je 3 Beispiele! mechanisch Kriechen Ermüden Abrieb physikalisch Quellen Weichmachen Lösen chemisch Vernetzung Kettenspaltung Depolymerisation
• Erkläre das Konzept des zeitraffenden Einlagerungsversuchs: Identifizierung des relevanten Versagensmechanismus für eine gegebene Einsatzsituation Durch Einlagerung der Bauteile in aggresiver Umgebung und bei erhöhten Temperaturen zeitraffende Alterung durchführen quantitative Analyse der Zeitraffung durch Temperaturerhöhunh
• Was sind die Grenzen der zeitraffenden Prüfung? Synergismen zwischen verschiedenden Beanspruchungsarten können durch Einlagerungsversuche nur schwer abgebildet werden Unbekannte Versagensmechanismen können nicht zeitraffend erfasst werden.(Fehlende Indikatoreigenschaften) Extrapolationen über mehr als eine Zeitdekade kritisch
• Warum sind manche Produkte zusallungspflichtig? sicherheitsgründe Markttransparenz Verbaucherschutz
• Nenne tyoische Gütegesicherte Produkte: Kunststoff- Flaschenkästen Verbandskästen Paletten Mülltonnen Sitzmöbel Transport- und Lagerbehälter aus Kunststoff

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