Technologie I

Der Verlustwinkel ist ein Maß dafür wie viel Energie (aus der Feder) wieder zurück gewonnen werden kann.

 Rein elastische Verformung, die gesamte gespeicherte Energie kann wieder abgegeben werden.

 Die Gesamte Verformungsenergie im Werkstoff wird in Wärme (innere Reibung) umgewandelt.

Dauerfestigkeit und Zeitfestigkeit

Mit dem Wöhlerversuch wird die Schwingfestigkeit, genauer die Zeitfestigkeit und Dauerfestigkeit, von Werkstoffen oder Bauteilen (Bauteil- Wöhlerversuch) ermittelt. Hierfür werden die Versuchskörper zyklisch, meist unter einer sinusförmigen Beanspruchungs-Zeit-Funktion, belastet. Die Lastamplituden sowie das Spannungsverhältnis aus Unterlast zu Oberlast sind konstant.

Sicherheitsfaktor: Der Sicherheitsfaktor ist nicht vom Werkstoff abhängig, er berücksichtigt die Unsicherheiten die bei der Annahme der Lastfälle entsteht.

Abminderungsfaktor: Er ist werkstoffabhängig und berücksichtig Fehler im Werkstoff und Unsicherheiten in den vorliegenden Werkstoffkennwerten

- Schlagzähigkeit als Maß für die bis zum Bruch verbrauchte Energie bezogen auf den Anfangsquerschnitt 

- Vergleichswerte des Werkstoffswiderstands gegen schlagartige Beanspruchung.

- Keine Dimensionierungswerte

Werden die Kerbschlagversuche temperaturabhängig durchgeführt kommt es zu Hoch- und Tieflage der Schlagzähigkeiten (spröde unter halb und zäh überhalb)

Unter Temperaturänderungen dehnt sich ein Werkstoff typischer aus oder er zieht sich

zusammen. Dies wird durch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten beschrieben

Der Ausdehnungskoeffizient ist eine werkstoffspezifische Große. Er nimmt typischerweise

mit zunehmendem E-Modul ab. Die verhältnismäßig weichen Kunststoffe dehnen sich also unter Temperatureinfluss etwa eine Zehnerpotenz mehr als Metalle.

Vicat Erweichungstemperatur (VST)

Die Vicat Erweichungstemperatur wird mit einer Nadel

(mit kreisrunder Flache von 1 mm2) gemessen. Diese

ist mit einer Prüfkraft von 10 N (Prüfkraft A) oder 50 N

(Prüfkraft B) belastet. Der Probekörper wird einer

definierten Heizrate von 50 K/h ausgesetzt. Die VST ist

erreicht, wenn der Eindringkörper eine Eindringtiefe von

1 mm erreicht.

Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT)

Diese Methode der Wärmeformbeständigkeitstemperatur

(HDT) verwendet Standardprobekörper mit

rechteckigem Querschnitt, die bevorzugt flachkant

Einer Dreipunktbiegung bei konstanter Last

ausgesetzt werden.

(HDT) Hinweis auf Gebrauchsbereich, Werkstoffvergleich, keine Dimensionierung.

(VST) Nur sinnvoll bei amorphen Thermoplasten, kennzeichnet den Beginn er Erweichung und entspricht in etwa der Glasübergangstemperatur. Für teilkristalline Thermoplaste liefert die VST etwa die Temperatur bei der der Schmelzbereich beginnt (Onset-Temperatur).

Änderungen in der Molekühlstruktur durch Umwelteinflüsse (Alterung durch thermische, mechanische, chemische, dynamische, Licht- und Strahlungsenergie) 

Als Folge der thermischen Alterung ergeben sich Strukturänderungen (z.B. Kettenabbau, Oxidation, …), die wiederum Veränderungen der makroskopischen Eigenschaften bedingen (z.B. Festigkeitsabfall, Zähigkeitsabfall). Die Veränderung der Eigenschaften muss vom Konstrukteur berücksichtigt werden. 

Informationen zu den einzelnen Kunststoffen können im Internet auf den Seiten von

Kunststoffherstellern (z.B. BASF) und auf anderen Portalen gefunden werden.

- Standart Kunststoffe:              (PVC, ABS, PUR, PMMA, PE, PS, HDPE, LDPE, …)

- Technische Kunststoffe           (POM, PA6,6, PET, PBT, …)

- Hochtemperatur Kunststoffe   (PI, PSE, LCP, PTFE, …)

Gute Wärmeformbeständigkeit und Dauergebrauchstemperatur

PA: bläulich- gelber Rand, knisternd, schmelzend, tropfend, verbranntes Horn oder Haar, basisch PP: gelb mit blauem Kern paraffinartig, mit Fingernagel nicht ritzbar. PMMA: knisternd, Abtropfen, leuchten mit kleinen Verpuffungen, Geruch frucht

gelb mit blauem Kern paraffinartig, mit Fingernagel nicht ritzbar im Gegensatz zu PE.

Metalle und Legierungen, Kunststoffe, Keramiken und Gläser, Verbundwerkstoffe

Zugfestigkeit, Streckgrenze, (E-Modul), Bruchdehnung

- Kunststoffe bestehen aus langen Makromolekülketten die entweder amorph oder teilkristallin

  angeordnet sind.

- Metalle haben ein Metallgitter, dies ist gekennzeichnet durch das Auftreten von frei beweglichen

  Elektronen im Metallgitter

(Ausnahme metallische Gläser, sie liegen amorph vor)

- Energieelastizität: Bestreben der Atome nach wegnahmen einer Belastung wieder in die Energetisch

  günstigste Lage zu rutschen (Energetisch günstigste Lange: wenn die „Federn“ zwischen den Atomen nicht gespannt sind.). 

- Entropieelastizität: Bestreben eines Moleküls das gestreckt wurde wieder seine verknäuelte Lage

  Einzunehmen („chaotischer“ Zustand wird bevorzugt).( Knäuelzustand )

Elastomere haben weniger Vernetzungsstellen als Duromere, sie lassen sich im Gegensatz zu den

  Duromeren überhalb der Glasübergangstemperatur elastisch verformen. Duromere haben einen

  höheren E-Modul, allerdings sorgen die Vernetzungsstellen dafür, dass beide Werkstoffe   

  nicht schmelzbar [t1] sind, sondern sich zersetzen.

 [t1]Es gibt keine Schmelztemperatur bei Elastomeren und Duromeren

Als Urformen wird das Herstellen eines Halbzeug bzw. Werkstücks aus einer formlosen Masse z.B. durch Spritzgießen, Extrusion, Folienblasen, Pressen, ... bezeichnet.

- Monomer: kleinste Wiederholeinheit, kann sich zu Ketten zusammenschließen

- Makromolekül: Makromoleküle sind große Moleküle, die aus vielen, bis zu mehreren hunderttausend,

  gleichen oder unterschiedlichen Bausteinen (Atome oder Atomgruppen) bestehen und damit eine

  relativ große Molekülmasse haben.

- Polymer: Ein Polymer ist eine chemische Verbindung aus Ketten- oder verzweigten Molekülen

  (Makromolekülen), die wiederum aus gleichen oder gleichartigen Einheiten (den sogenannten

  Monomeren) bestehen. (Summe aus allen Makromolekülen)

- Formmasse: Polymere + Additive

- Formstoff: Verarbeitete Formmasse

- Kunststoff: Festkörper mit eindeutigen Eigenschaften

- Thermoplaste: Unvernetzte Molekülketten (Zusammenhalt durch Nebenvalenzbindungen und

  Verschlaufungen zwischen den Makromolekülketten)

- Elastomere haben wenige Vernetzungsstellen (Hauptvalenzbindungen zwischen den Ketten)

- Duromere sind stark vernetzt. (Nicht elastisch Verformbar)

Thermoplaste und thermoplastische Elastomere

Amorph bedeut ungeordnete Anordnung der Moleküle, teilkristallin bedeutet das einzelne Bereiche geordnete Strukturen aufweisen.

Weit unterhalb der Glasübergangstemperatur verhält sich ein Thermoplast spröde, kurz vor erreichen der Glasübergangstemperatur kann man bereits höhere Dehnungen erreichen und die Streckgrenze fällt ab. Bei  steigt die Spannung bis auf  (bei Kunststoffen mit ausgeprägter Streckgrenze) danach gibt es einen kleinen Abfall der Spannung, diese bleibt dann mit steigender Dehnung über eine gewisse Strecke konstant bis kurz vor dem Bruch die Spannung noch einmal ansteigt. Bei einer Temperatur weit über der Glasübergangstemperatur steigt die Spannung kurz an und bleibt mit steigender Dehnung konstant bis zum Bruch.

- Beim Extrudieren werden langkettige Kunststoffe nach Erwärmen durch einen gekühlten Stempel

  gepresst, es werden ausschließlich stangenförmige Werkstücke hergestellt.

- Beim Spritzgießen wird eine dünnflüssige Schmelze in eine gekühlte Form gespritzt, nach Erstarren

  der Schmelze wird die Form geöffnet und das Werkstück entnommen.