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Werkstoffkunde 2 (Fach) / Verbundwerkstoffe (Lektion)

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• Sie sollen eine Antriebswelle aus CFK herstellen. In welche Richtung legen Sie die Fasern. Begründen Sie kurz. +/- 45° . Die Welle wird vorwiegend auf Torsion beansprucht, die Wand entsprechend auf Schub. Bei Schub sind die maximalen Spannungen in 45° Richtung
• Sie sollen folgende Bauteile aus FKV herstellen Mast einer Hochleistungsyacht Motorhaube eines PKW Stahlhelm für Soldaten Für welches Produkt wählen Sie Aramidfasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern. Warum? Mast: CF, weil auf Biegung beansprucht (=Zug und Druck in Randfasern). Die höchste spezifische Biegesteifigkeit hat CDK Motorhaube: GF, nur Verkleidungsteil, muss keine Lasten übertragen. GF am preiswertesten Stahlhelm: AF, höchste Energieaufnahme bei Schlagbeanspruchung (ballistischer Schutz)
• Ferrari Spoiler aus CFK. Welche Kunststoffgruppe für Matrixmaterial? Kurzfasern, Vlies, Gewebe oder UD-Tape Duromer wegen geringer Stückzahl. UD-Tape, da beste Verstärkungswirkung. Man kommt also mit der geringsten Materialmenge aus (Gewicht)
• Spoiler Opel Corsa Sport in FKV. Welches Matrixmaterial? Kurzfasern, Vlies, Gewebe oder UD-Tape Thermoplast da große Stückzahl. Kurzfasern wegen Spritzgussverarbeitung
• Ordnen SIe die Faserhalbzeuge nach ihrer Verstärkungswirkung: kontinuierliche Fasern, Vlies, Gewebe, Kurzfasern Kurzfasern<Vlies<Gewebe<kontinuierliche Fasern
• Unterschied Stoffverbund und Verbundwerkstoffe Stoffverbund besteht aus makroskopisch separaten Komponenten (Spannbeton, Fachwerk) Verbundwerkstoff bestehen aus mikroskopisch kleinen Komponenten und sind makroskopisch homogen
• mmc metal matrix composites Auf Basis Al und Mg, zielen auf Leichtbau abfür Motorkomponenten, da höhere Warmfestigkeit#
• cmc ceramic matrix composites für hohe Temperaturen, korrosive umgebung und verschleißbeanspruchte Teile sehr teuer, 
• PMC Polymer matrix composites am weitesten verbreitet, leicht und preiswert zu verarbeiten
• Was passiert durch Faserverstärkung E-Modul, Festigkeit, Kriechfestigkeit, Verschleißwiderstand steigt Bruchdehnung sinkt Eigenschaften werden anisotrop, richtungsabhängig
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• Was bewirkt Partikelverstärkung Warmformbeständigkeit, E-Modul, Kratzfestigkeit steigt Bruchdehnung und Festigkeit sinkt Verarbeitungsschwindung verringert sich Werkstoff bleibt isotrop
• Wie lang sind die Fasern bei Kurzfaserverstärkung? einige 100 mikrometer
• Wie lang sind die Fasern bei Langfaserverstärkung? wenige Zentimetern bis fast unbegrenzt
• Verarbeitungsarten Langfaserverstärkung Handlaminieren bei kleinen StückzahlenLaminieren durch LegeroboterWickeln
• Mit welchen Faserarten werden Kunststoffe verstärkt? Naturfasern, Sisal, Hanf Glasfasern Kohelnstofffasern Aramidfasern
• Vor- und Nachteile Naturfasern Vorteile:nachwachsend, kompostierbar,  Nachteile: niedrige mechanische Kennwerte, die stark schwankenempfindlich gegen Umgebungseinflüsse
• Vor- und Nachteile Glasfasern Vorteile:preiswert, elektrisch isolierend, nicht brennbar Nachteile:mechanische Kennwerte nicht hoch, relativ hohes spezifisches Gewicht, 
• Vor- und Nachteile Kohlenstofffasern Vorteile:bessere Verstärkungswirkung und leichter als GF Nachteile:teurer als GF, Bruchdehnung geringer als bei GF
• Vor- und Nachteile von Aramidfasern Vorteile:sehr hohe Energieaufnahme bei Zug- und Schlagbelastungmittelteuer, am leichtesten von den drei Nachteile: geringe Druck- und Biegefestigkeit, schwer mechanisch zu bearbeiten
• Wann nimmt man welche Faser? Kohlenstoff: wenn hochbelastete Teile sehr leicht sein sollen, teure Produkte: Yachten, Flugzeug Glasfasern: vor allem Biegebelastung, Motorhauben, Heckklappen aber auch Tanks da chemisch beständig, aber auch bei Schlagbelastungen Aramid: Schlagenergie aufnehmen, Weste, 
• Warum verstärkt man Kunststoffe durch Fasern? Erhöhung des E-Moduls und der Festigkeit
• Welche der Faserverstärkungen liefert die besten mechanischen Eigenschaften? Kohlefaser
• Was müssen Sie bei der Konstruktion mit UD Faserverbundwerkstoffen beachten? Verstärkungswirkung nur in Richtung der Fasern, Fasern müssen in einer Richtung liegen, weil sonst die Festigkeit und der E-Modul stark herabfallen
• Welche Kunststoffart wird vorwiegend für Kurzfaserverstärkung eingesetzt und warum? Thermoplaste, Kurzfasern sind mechanisch den Langfasern unterlegen. Man nimmt sie trotzdem wenn man hohe Stückzahlen und Spritzguss im Visier hat. Das geht am wirtschaftslichen mit Thermoplasten
• Welche Kunststoffart wird vorwiegend für Kurzfaserverstärkung eingesetzt und warum? Thermoplaste, Kurzfasern sind mechanisch den Langfasern unterlegen. Man nimmt sie trotzdem wenn man hohe Stückzahlen und Spritzguss im Visier hat. Das geht am wirtschaftslichen mit Thermoplasten

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