Werkstofftechnik
Zug, Druck, Biegung Abscherung, Torsion, Zulässige Spannung, Formeln, Sicherheitszahlen, Materialwerte, Belastungsfälle, Berechnungsbeispiele, Schadensursache, Schadensvermeidung
Zug, Druck, Biegung Abscherung, Torsion, Zulässige Spannung, Formeln, Sicherheitszahlen, Materialwerte, Belastungsfälle, Berechnungsbeispiele, Schadensursache, Schadensvermeidung
Kartei Details
| Karten | 25 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Mittelschule |
| Erstellt / Aktualisiert | 29.04.2015 / 30.04.2015 |
| Weblink |
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Beanspruchungsarten:
Zähle 5 Beanspruchungsarten auf und erläutere diese kurz!
Es gibt 5 Beanspruchungsarten: Zug, Druck, Abscherung, Biegung und Verdrehung/Torsion.
Aus diesen lassen sich kompliziertere Beanspruchungen zusammensetzen, um auch diese annäherungsweise zu berechnen.
Kraftwirkung siehe Anhang.
Beanspruchung auf Zug:
Nenne die Formel und das Vorgehen beim Berechnen einer normalen Zugprobe!
1. Querschnitt (S) Berechnen \(S = {d^2*\pi \over 4}\)
2. Zugspannung anhand der erhaltenen Fläche und der Zugkraft berechnen \(σ= {F \over S}\)
Beanspruchung auf Abscherung:
Auf was muss bei der Berechnung der Abscherung dieses Teils besonders geachtet werden?
Hier wirkt die Abscherende Karft auf 2 mal die Fläche des Durchmessers des Bolzen, darum muss die Fläche unbedingt 2 mal verrechnet werden.
Die Formel für die Berechnung hier würde so aussehen:
\(\tau_{aB} = {F_m \over2*S_0}\)
Zulässige Spannung:
Für was steht die zulässige Spannung? Wie berechnet man diese?
Die zulässige Spannung erhält man, indem man die berechnete Spannung durch einen Faktor teilt oder abhängig von der Belastung multipliziert. DIesen nennt man den Sicherheitsfaktor. Er gibt an wieviel mal die vorhergesehene Belastung eintreten könnte, ohne das etwas beschädigt wird oder kaputt geht.
Formel:
\(σ_{zul} = {σ \over ν}\)
Sicherheitszahl:
Wodurch wird die Sicherheitszahl beeinflusst?
Die Sicherheitszahl ist von dem Gefahrenpotential des Gerätes abhängig. Bei einem Lift wird zum Beispiel eine Sicherheitszahl von 20 verwendet, beim allgemeinen Maschinenbau jedoch reicht meistens eine Sicherheitszahl von 1.5.
Sobald Menschenleben durch das Versagen der Maschine in Gefahr sind muss man sehr vorsichtig sein und wählt darum eine hohe Sicherheit. Safety first!
Belastungsfälle:
Nenne 3 verschiedene dynamische Belastungsfälle!
Dynamisch-schwellende Belastung
Dynamisch-wechselnde Belastung
Allgemein-dynamische Belastung
Belastungsfälle:
Erläutere folgende 3 dynamische Belastungsfälle und den Unterschied zur statischen Belastung!
Statische Belastung bleibt immer gleich, es lastet immer die selbe Kraft auf dem Werkstück.
Bei dynamischer Belastung wechselt die grösse der Kraft ständig, z.B. weil sich das Werkstück bewegt. Dies kann in verschiedenen Arten auftreten: Nur auf eine Seite, z.B. wechselnd zwischern mehr Zug und weniger Zug, auf Zug-Druck wechselnd oder völlig zufällig.
Wie zu erwarten wird das Werkstück bei den dynamischen Belastungen viel stärker beansprucht und es kann zur Ermüdung des Materials kommen.
Belastungsfälle:
Erläutere folgende 3 dynamische Belastungsfälle und den Unterschied zur statischen Belastung!
Statische Belastung bleibt immer gleich, es lastet immer die selbe Kraft auf dem Werkstück.
Bei dynamischer Belastung wechselt die grösse der Kraft ständig, z.B. weil sich das Werkstück bewegt. Dies kann in verschiedenen Arten auftreten: Nur auf eine Seite, z.B. wechselnd zwischern mehr Zug und weniger Zug, auf Zug-Druck wechselnd oder völlig zufällig.
Wie zu erwarten wird das Werkstück bei den dynamischen Belastungen viel stärker beansprucht. Dies ist bei den Berechnungen zu beachten.
Materialbezeichnung:
Für was steht die Kurzbezeichnung EN-GJMB-350-10?
EN = Europäische Norm
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GJ = Guss Eisen
M = Temperkohle
B = nicht entkohlend geglüht
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350 = Mindestzugfestigkeit 350N/mm\(^2\)
10 = 10% Bruchdehnung
Materialbezeichnung:
Erläutere die Kurzbezeichnung: S235JRC
S = Stähle für den Stahlbau
235 = Mindeststreckgrenze R\(_e\)=235 N/mm\(^2\)
JR = Kerbschlagarbeit 27J bei +20°C
C = besondere Kaltumformbarkeit
Schadensursachen:
Nenne die 2 Brucharten anhand des Bildes und erläutere diese!
Gewaltbruch: Bruch durch Überlastung (Zu hohe Kräfte)
Dauerbruch: Bruch durch zu hohe dynamische Belastung (Schwingungen)
Schadensvermeidung:
Wie kann man Gewalt- und Dauerbrüche vermeiden?
- Bauteilform konstruktiv verbessern
- Bauteile stärker dimensionieren (z.B. dickere Bolzen)
- Werkstoffe mit höherer Beanspruchbarkeit verwenden (z.B. vergütete Stähle)
Schadensfall:
Was ist hier passiert? Wie kann dies vermieden werden?
Hier ist eine Lochfrass korrosion entstanden, dies geschieht durch Aussetzung mit einem korrosiven Einwirkmedium.
Dies kann man vermeiden, indem man den Kontakt mit korrosiven Medien vermeidet, einen korrosionsbeständigen Werkstoff verwendet oder das Bauteil beschichtet.
Flächenpressung:
Wie lautet die Formel der Flächenpressung? Worauf muss man bei der Berechnung der Flächenpressung von Wellen achten?
Die Formel für die Flächenpressung lautet: \(p = {F \over A}\)
Bei der Flächenpressung von Wellen herrscht nicht überall auf der Welle derselbe Druch.
Als Annäherungswert wird die Fläche aus dem Druchmesser und der Länge benutzt.
Spannungs-Dehnungs-Diagramm:
Benenne folgende markanten Punkte im Spannungs-Dehnungs-Diagramm:
Punkt 1: R\(_e\)= Streckgrenze (hier ausgeprägt) [in N/mm\(^2\)]
Punkt 2: R\(_m\)= Zugfestigkeit [in N/mm\(^2\)]
Punkt 3: A = Bruchdehnung [in %]
Spannungs-Dehnungs-Diagramm:
Wie wird bei Materialien ohne ausgeprägte Streckgrenze die Streckgrenze ausgewertet?
Bei Materialien ohne ausgeprägte Streckgrenze wird ein offizieller Annäherunswert, R\(_{p0,2}\)verwendet.
Diesen Punkt erhält man, indem man bei einer Dehnung von 0.2% eine parallele zu der Kurve (hook'sche Gerade) einzeichnet. Dadurch erhält man einen Schnittpunkt --> R\(_{p0,2}\)
An diesem Punkt ist das Material 0.2% zu seiner ursprünglichen Länge plastisch verformt, dies wird jedoch ignoriert.
Belastungsfall: Biegung
Wie wird das Werkstück bei einer Biegung beansprucht? Erkläre ausserdem kurz die neutrale Faser!
Bei einer Biegung wird das Werkstück sowohl auf Zug wie auch auf Druck beansprucht. (siehe Bild) Es gibt jedoch genau in der Mitte des Werkstückes eine einzelne Faser, die weder gestreckt noch gestaucht wird, diese nennt man die neutrale Faser.
Materialbezeichnung:
Was bedeutet dieser Kurzname: X37CrMoV5-1? Nenne ausserdem eine besondere Eigenschaft dieses Materials!
X = hochlegierter Stahl
37 = 0,37% mittlerer Kohlenstoffgehalt
Cr...5 = 5% Cr-Gehalt
Mo...1 = 1% Mo-Gehalt
V = V-Anteilen (Gehalt nicht angegeben)
Hochlegierte Stähle haben mindestens ein Legierungselement mit 5% oder mehr.
Hochlegierte Stähle sind meistens korrosionsbeständig.
Materialbezeichnung:
Erläutere den Kurznamen: 22CrMoS3-3
Woran erkennt man, dass dies ein legierter Einsatzstahl ist?
Legierte Stähle haben nie ein Legierungselement mit mehr als 5% Anteil.
22 = 0.22% mittlerer Kohlenstoffgehalt
Cr...3 = 0.75% Cr-Gehalt
Mo...3 = 0.3% Mo-Anteile
S = S-Anteilen (Gehalt nicht angegeben)
Berechnungen:
Berechne den Mindestdurchmesser eines Bolzens, der wie im angehängten Bild belastet wird.
Die zulässige Scherspannung beträgt 80N/mm2, die Scherkraft 2000N.
\(\tau _{zul}\) = 80 N/mm\(^2 \)
F = 2000 N
A = \({F \over \tau _{zul}} \over 2\)
d = \(\sqrt {{{F \over \tau_{zul}} \over 2}* 4 \over \pi}\) = 4 mm
Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm:
Was passiert bei der PSK-Linie?
Bei der PSK-Linie im Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm springt das Kristallgitter des Stahles von Kubisch-Raumzentriert zu Kubisch Flächenzentriert über.
Die PSK-Linie ist bei 723°C und ist sehr wichtig für alle Wärmebehandlungen wie Härten, Glühen und Vergüten.
Druck:
Auf einen Würfel mit Seitenlänge 20 mm drückt eine Kraft von 1500 N. Berechne den Druck, der auf dir Oberseite des Würfels wirkt, in bar.
F = 1500 N
s = 20 mm
A = s\(^2\)
\(p = {F \over s^2}\)= 3.75 N/mm\(^2\) = 0.375 bar
Spannungs-Dehnungs-Diagramm:
Bis an welche Grenze darf ein Material belastet werden? Warum?
Ein Material darf nur bis an die Streckgrenze belastet werden. Das Material verhält sich bis zur Streckgrenze elastisch und nimmt nach der Belastung seine ursprüngliche Länge wieder an.
Sobald man diese jedoch übersteigt entsteht eine plastische Verformung, sobald ein Werkstück plastisch verformt ist, muss es ersetzt werden aus Sicherheitsgründen
Schadensfälle:
Welche Fehler können beim Schweissen entstehen und wie werden sie überprüft?
Es gibt 2 Arten von Schweissfehlern: Wurzelfehler und Bindefehler
Bei den Wurzelfehlern wurde zu wenig Zusatzwerkstoff beim Schweissen verwendet und beim Bindefehler war die Schweisstemperatur zu niedrig.
Um diese Fehler zu Prüfen stehen einem Ultraschalluntersuchungen und mikroskopische Schliffbilder (siehe Anhang) zur Verfügung.
Um diese Fehler zu vermeiden muss man das Schweissgerät und den Zusatzwerkstoff regelmässig prüfen und unbedingt die Schweissbedingungen beachten.
Beanspruchung: Torsion
Nenne die Formel zur Berechnung der Torsionsspannung und erkläre diese!
Die Formel lautet: \(τ_t={M_t \over W_p}\)
\(τ_t\)= Torsionsspannung
\(M_t\)= Torsionsmoment = \(r * F\)
\(W_p\)= polares Widerstandsmoment (Kraft die der Torsion entgegenwirkt, ist von Querschnitt abhängig, Tabellenbuch S.44)
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