Fertigungstechnik

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Schäffler Diagramm

• Darstellung der Gefügeausbildung legierter Stähle in Abhängigkeit von Chrom- und Nickeläquivalent bei normalen Abkühlungsgeschwindigkeiten (ruhender Luft).

Bereich 1:       Grobkornbildung bei Erwärmung über 1150°C; niedrige Zähigkeitswerte bei Raumtemperatur.

Bereich 2:      Härterissanfälligkeit; beim Schweissen Vorwärmen notwendig.

Bereich 3:       Versprödung nach Temperaturbeanspruchung zwischen 500 und 900°C durch Ausscheidung der                         harten und spröden intermetallischen b-Phase

                        =>Durch Glühen bei 950 bis 1050°C und anschliessendem Abschrecken kann die b -Phase                         aufgelöst und damit die "b-Versprödung" beseitigt werden.

Bereich 4:       Warmrissanfälligkeit bei Temperaturen über 1250°C.

                        Abhilfe

• 100% Austenit vermieden: z. B.
• verwenden von Zusatzwerkstoffe so das Schweissgut 3 bis 10% Ferrit enthält.

Schwierigkeiten beim Schweissen von Gusseisen:

• Gusseisen ist empfindlich gegen Spannungen
• Dehnungs- und Schrumpf Spannungen, durch örtliche Erwärmung oder ungleichmäßige Abkühlung, können zum Bruch führen.
• Hoher C-gehalt => shon bei niedrigen Abkühlgeschwindigkeiten Aufhärtung
• Beim Schweissen von Sphäroguss wird sich die globulare Graphitausscheidung in der Schweisszone in eine lamellare umwandeln.

Ein Festigkeitsabfall und eine kleinere Dehnung sind die Folgen dieser Umwandlung. (Auch magnesiumhaltige Graugussstäbe als Zusatzwerkstoff bieten nicht genügend Sicherheit).

Gusseisen Schweissarten:

Warmschweissen:  (Halbwarmschweissen)

Die zu verschweissenden Teile werden auf mindestens 600 °C erwärmt; als Zusatzwerkstoff

dienen Gusseisenstäbe.

Kaltschweissen:

Die Verschweissung der kalten oder auf 100-150'C erwärmten Werkstücke erfolgt mit Nickel oder Nickellegierungen als Zusatzwerkstoff.

Gestellquerschnitte unterscheiden sich nach:

1. Vollkörper
2. Hohlkörpern
3. Kreisform
4. Rechteckform
5. Offene Querschnitte
6. Geschlossene Querschnitte

Die Biege- und Torsionssteifen sind proportional dem Elastizitätsmodul. Dessen Verhältnis von Stahl zu lamellarem bzw. Kugelgraphit-Grauguß und Stahlbeton:

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Richtlinien für die Gestellkonstruktion  

• Die einzelnen Gestellteile sollen möglichst geschlossene Profile haben.
• Offene Profile sind zu verrippen; Rippen 45° zur Torsionsachse.
• Die Gestellform muss der Funktion und der verlangten Genauigkeit entsprechen.
• Auskragungen und Flansche sollen durch in sich geschlossenen Querschnitt getragen werden; aufgesetzte Flansche sind sorgfältig zu verrippen.
• Verschraubungen sind mit möglichst geradem Kraftfluss nahe an Rippen oder Wänden anzuordnen; die Grösse des Schraubenschlüssels ist zu beachten.
• Bei der Bearbeitung freiwerdende Spannungen sind einzukalkulieren.
• Kostengünstige Bearbeitung durch wenige Absätze; gute Spannmöglichkeit für das Werkstück.
• Die Werkstoffe werden nach E-Modul, Dämpfungsverhallen, Reibungs- und Verschleißverhalten, Werkstoff- und Bearbeitungskosten sowie nach Gestaltungsmöglichkeiten gewählt.
• Weitere Möglichkeiten zum Erhöhen der Dämpfung sind: Kernsand. Hilf massen und Zusatzmassen.
• Maße und Formen sind auf die Bedienung abzustimmen: Die Bedienung muss unbehindert in aufrechter oder sitzender Haltung möglich sein, die Höhen von Bauteilen, die erreichbar sein müssen, sind der üblichen Körpergröße bzw. der Augenhöhe anzugleichen. Das Anbringen von Schutzvorrichtungen muss möglich sein.
• Jede unkontrollierte Erwärmung ist bei hohen Genauigkeitsanforderungen zu vermeiden; Schutz gegen Wärmewirkung von außen, störungsfreier Späneabfluss.
• Erwärmung des Gestells durch innere Wärmequellen ist z.T. vermeidbar oder unvermeidbar. Beispiele: Erwärmung durch Elektromotoren ist vermeidbar durch Belüftung oder isolierte Aufstellung. Erwärmung vom Hauptspindellager her ist unvermeidbar: der dadurch entstandene Fehler kann durch sorgfältige Kühlung, durch Erwärmen der gesamten Maschine oder Nachstellen mit Hilfe von Messungen verringert oder ausgeglichen werden. Die Berechnung von Gestellen und Gestellbauteilen erfolgt nach der Methode der finiten Elemente [65. Band 2].

Zusammenfassung Tische und Schlitten

• Es gelten die gleichen konstruktiven Gesichtspunkte wie für Gestelle (Abschn. 4.4). Ausnahme: Bei grossen Beschleunigungen und Verzögerungen der Bauteile sind diese steif und leicht zu bauen.
• Die Anordnung der Tische und Schlitten soll zu kurzen, geraden Kraftwegen führen.
• Ausreichende Führung der Schlitten und richtiger Angriffspunkt sind wichtig.
• Die Arbeitszeit kann durch richtige Bewegungsaufteilung herabgesetzt werden.
• Die Aufteilung der Wirkbewegungen auf die verschiedenen Bauteile kann die Leistung und die Genauigkeit der Arbeit beeinflussen.

A: Rundführung

B: Flachführung

C: Prismaführung

Gleitführungen

Als Gleitführung bezeichnet man zwei aufeinander laufende Flächen, die geschmiert werden. Den Zusammenhang zwischen Reibwert und Bewegungsgeschwindigkeit

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Anordnung von Kopf- und Schwanzlager

a Schwanzlager,

b Kopflager (axial),

c Kopflager (radial),

d Wirkstelle

Gesamtverformung von Arbeitsspindel und Lager

a)  Lager starr angenommen.

b)  Spindel starr angenommen,

c)  Gesam(Verformung

Verformung von Spindel und Lager (qualitativ)

a) Spindel Verformung mit starren Lagern,

b) Lagerverformung mit starrer Spindel,

c) Summenkurve

Zugentlastete Spindel

Umlaufräder (Planetengetriebe)

• 1 oder 2 Zentralräder oder Sonnenräder
• Unterscheidet einfache und rückkehrende Getriebe
• einfache bestehen aus 2 Räder
• rückkehrende aus 4

Harmonic Drive

• übersetzung von 1/80 bis 1/360 möglich
• Angetriebenes elliptisches Wälzlager bewegt sich am starr feststehenden Innenverzahnten Kranz

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• Winkeltrieb
• Keilscheibe
• Doppelkegel

Verstellung der Drehzahl durch Veränderung der wirksamen Durchmesser

Z.B. Roller

Elek. Ölpumpe produziert Ölstrom, dieser wird mit Hydraulikmotor in mech. Energie umgewandelt

• Vielseitig einsetzbar
• Einfache steuerung
• Zuverlässig
• Elastizität
• Erzeugt geradliniege Bewegung

Wirkungsgrad nur 50 bis 75%

• Schraubenpumpe
• Flügelzellenverdichter
• Axialpumpe mit Taumelscheibe (Klimakomp.)

Unterscheidet: Feste- und Lösbare K.

K. sind Verbindungsteile des Antriebs.

Feste besonders elastische K. zwischen Motor und Getriebe sind als Ausgleich von Fluchtungsfehlern und Stössen da.

Lösbare K. unterscheidet man in Form- und Kraftschlüssige Ausführungen.

Bremsen ähneln den Kraftschlüssigen K.

Formschlüssige K.

• Nur im Stillstand oder synchronen Lauf schaltbar
• Grosse Drehmomente
• Beide K.-hälften haben Zähne und Lücken
• Schalten durch axiales Verschiebe

Kraftschlüssige K.

• Erhebliche Drehzahlunterschiede möglich
• 1 oder mehrere Reibflächen
• durch Reibkraft mitgenommen (Angepresst)
• Zylinder oder ScheibenKupplungen
• Scheibenkupplungen, sind meistens LamellenK.
• Hydraulisch, elektrisch oder elektrohydraulisch geschalten.

- von gleichartigen Metallen

- von verschiedenartigen Metallen

- von Metallen mit nichtmetallischen Werkstoffen

Klebetechnik findet vorallem im Flugzeug-, Fahrzeug-, Maschinen- und Schiffsbau und der Elektrotechnik statt.

Ein Klebstofftropfen bildet mit Oberfläche Benetzungswinkel, je kleiner der Winkel desto besser Benetzung desto grösser Adhäsionskräfte.

- mechanisch (Bürsten, Schleifen, Strahlen)

- chemisch (Entfetten, Beizen)

- elektrolytisch ( z.B. Anodisieren)

- Klebstoffverarbeitung und -mischung

- Klebstoffauftrag oder Beschichtung

- Fügen

- Aushärten oder Abbinden

- Zustandsform (fest, flüssig)

- Zusammensetzung (Ein-, Zwei-, und Mehrkommponentenkleber)

- Verarbeitungstemperatur in:

Kaltkleber (kalt auftragen, kalt oder warm abbindend)

Warmkleber (warm auftragen, kalt oder warm abbindend)

Die höschste Belastbarkeit erreicht man bei reiner Scherbelastung (1 und 3). Zug- (2) und Schälbelastungen (4), sowie Schläge, Stösse und Biegungen sind äusserts schlecht und sollen daher konstruktiv vermieden werden.

Zug beanspruchung im Werkstück, daher Schubbeanspruchung im Klebstoff

- Blechdicke s

- Fugendicke d

- Überlappungslänge lü

- Überlappungsbreite b

A Klebeflächenvergrösserung

B Bördel als Sicherheit gegen Abschälen

C Versteifung an der Stelle, an denen Schälkräfte auftreten können

D Schutz gegen  Schälneigung durch Nieten oder Schrauben

Löten ist ein Verfahren zum Verbinden metallischer Werkstücke durch Herstellung kohäsiver oder adhäsiverBindungen mit Hilfe eines artfremden von aussen oder innen zugeführten geschmolzenen metallischen Werkstoffes (Lot) niedrigen Schmelzbereichs ohne ANschmelzung des Grundwerkstoffes und anschliessender thermischer oder chemischer Erstarrung des Lötgues.

Die wichtigste Aufgabe der Löttheorie besteht in der Klärung der physikalisch-chemischen Wechselbeziehung zwischen dem flüssigen Lot und dem festen Grundwerkstoff.

Für eine gute Benetzung ist eine grosse Oberflächenenergie der Festkörpers und eine kleine Grenzflächenenergie anzustreben

• Bindefehler: Der Grundwerkstoff ist nicht vom Lot benetzt (Kaltlötstelle)
• Füllgradfehler: Der Lötspalt ist nicht vollständig vom Lot ausgefüllt.
• Einschlüsse: Flussmittelreste, eingeschlosene Oxide oder Schmutzteile.
• Porosität: Folge des Ausdampfens oder Verbrennens von Lot und Flussmittelbestandteilen.
• Lötbruch: Eindringen des Lotes an den Korngrenzen des Grundwerkstoffes.
• Korrosion: In oder am Lötspalt, zu grosser Potentialunterschied zwischen Lot und Grundwerkstoff

Neben den Poren treten auch Risse auf.

Diese werden unterteilt in :

• Längsrisse in der Naht
• Längsrisse neben der Naht
• Querrisse

Zwei Maschinen werden linear verglichen mit dem Kosten-Stückzahl-Diagramm.

K_g = K_f + m * K_p

K_g = Gesamtkosten

K_f = feste Kosten

K_p = proportionale Kosten

m = Stückzahl

Wirtschaftlichkeitsgrenze m_x:

m_x = (K_f2 - K_f1) / (K_p1 - K_p2)

L-Form: zusammengesetzt aus Grundplatte und Ständer, z.B. bei Waagrecht-Bohr- und Fräswerken oder als liegendes L bei Drehmaschinen.

C-Form: zusammengesetzt auf Grundplatte, Ständer und beweglichem  oder festem Ausleger, z.B. Bohrmaschinen und Fräsmaschinen

Portalform: zusammengesetzt aus Grundplatte, Ständer und Joch, z.B. Fräsmaschinen oder Bohr- und Fräswerl

durch richtige Anwendung von:

• Verfahren
• Flussmitten
• Schutzgas
• Löttemperatur
• Lötzeit
• Spaltbreite

• Das Vereinigen von metallischen Grundwerkstoffen oder das Beschichten eines Grundweitstoffes unter Anwendung von Wärme Druck, mit/ohne Schweisszusatzwerkstoff.
• Erfolgt in plastischem oder flüssigem Zustand der Schweisszone
• unlösbare Verbindung
• Bei gleichartigen Grundwerkstoffen bleiben sind die Eigenschaften der Schweissung ähnlich derjenigen der Grundwerkstoffes.

Porenbildung:

• Bei Temperaturerhöhung über den Schmelzpunkt des Stahles löst sich Stickstoff und Wasserstoff.
• Beim Erstarren werden sie wieder ausgeschieden =>  Porenbildung in der Schweissnaht

Abhilfe:

• Schutz vor Sauerstoff und Stickstoff.
• Entgasen der Schmelze,
• Abbinden von Gasen durch die Schlacke.

Längsrisse in der Naht:

• Bei der Erstarrung schieben die Kristalle die Restschmelze mit den Verunreinigungen vor sich her.
• Nahtmitte erstart sehr spät
• Schrumpfung wird behindert, => Spannungen => Riss

Abhilfe

• Zusatzwerkstoff (Einsatz kalkbasischer Elektroden)
• Mehrlagenschweissen (Der Zusatzwerkstoff wird dabei in mehreren Lagen in die Schweissnaht eingebracht)

Längsrisse neben der Naht.

• Stählen mit weniger als 0.22% C und geringen Legierungselementen keine Risse auf.
• Stähle mit mehr als 0. 22% C sind härtbar
  • Rasche Wärmeabführung (benachbarte kalte Metall) => Schweisnaht wird abgeschreckt
• Abkühlgeschwindigkeit hoch genug => Martensit bildung
• Übergangszonen zum nicht gehärteten Gefüge Längsrisse auftreten.

Abhilfe:

• schnelle Wärmeableitung kann durch Vorwärmen des Werkstückes verhindert werden