Leichtbau : Prinzipien, Werkstoffauswahl und Fertigungsvarianten

Leichtbau......Page 1 Inhaltsverzeichnis......Page 7 Allgemeine Einleitung......Page 13 Autorenverzeichnis......Page 17 Abkürzungen......Page 19 1.1.1 Einleitung......Page 23 1.1.2 Materialersparnis durch Hohlräume......Page 24 1.1.3 Organische Fasern und Faserverbunde......Page 27 1.1.4 Hierarchischer Aufbau......Page 30 1.1.5 Funktionsgerechtes Wachstum und Anpassung......Page 32 1.1.6 Ausblick für technische Konstruktionen......Page 34 1.2.1 Einleitung......Page 36 1.2.2 Einige Leichtbau-Berechnungsmethoden......Page 37 1.2.3 Stabilitätsverlust – Knicken, Kippen, Beulen, Durchschlagen......Page 42 1.2.4 Sandwich- und Laminat-Strukturen......Page 55 1.2.5 Leichtbau-Konstruktionsprinzipien......Page 59 1.2.6 Optimierung als Leichtbau-Konzept......Page 65 1.3.1 Einleitung......Page 71 1.3.2 Ermüdungsvorgang......Page 72 1.3.3 Nennspannung und tatsächliche Spannung......Page 73 1.3.4 Werkstoffverhalten und Bemessungskenngrößen......Page 76 1.3.5 Vergleichsspannungshypothesen......Page 80 1.3.6 Beanspruchungs-Zeit-Verläufe......Page 82 1.3.7 Betriebsfestigkeit-Lebensdauerberechnung......Page 86 1.3.8 Wöhlerlinien durch Simulation......Page 91 1.3.9 Schlussfolgerungen und Ausblick......Page 95 2.1.1 Einleitung......Page 99 2.1.2 Werkstoffkategorien......Page 102 2.1.3 Elastizitätseigenschaften......Page 105 2.1.4 Festigkeit und plastische Verformung......Page 110 2.1.5 Einfluss erhöhter Temperatur......Page 116 2.1.6 Werkstoffschädigung und Bruch......Page 119 2.1.7 Umgebungsbedingte Schädigungen......Page 123 2.1.8 Zusammenfassung und Ausblick......Page 125 2.2 Polymermatrix-Verbundwerkstoffe......Page 127 2.2.2 Materialaufbau......Page 128 2.2.3 Fasermaterialien......Page 129 2.2.4 Polymermatrix-Materialien......Page 136 2.2.5 Materialparameter......Page 142 2.2.6 Faser-Halbzeuge, Faser-Matrix-Halbzeuge und Stützstoffe......Page 144 2.2.7 Materialverhalten......Page 153 2.2.8 Schlussfolgerungen......Page 159 2.3 Werkstoffauswahl......Page 160 2.3.1 Einleitung......Page 161 2.3.2 Werkstoffauswahl im Rahmen der Produktentwicklung......Page 162 2.3.3 Materialeffizienz......Page 164 2.3.4 Methodologie......Page 166 2.3.5 Steifigkeit und Masse......Page 167 2.3.6 Geometrie......Page 176 2.3.7 Beispiel der Werkstoffauswahl für einen Fahrradrahmen......Page 179 2.3.8 Beispiel multipler Anforderungen eines Otto-Motors......Page 185 2.3.9 Zusammenfassung und Ausblick......Page 193 3.1.1 Einleitung......Page 195 3.1.2 Formgieß-Verfahren......Page 196 3.1.3 Werkstoffgruppen für Gusskomponenten......Page 201 3.1.4 Eigenschaften von Gusslegierungen......Page 205 3.1.5 Konstruktionsrichtlinien für Gussteile......Page 206 3.1.6 Defekte in Gussteilen......Page 209 3.1.7 Verbindungstechniken und Mischbauweisen mit Gussteilen......Page 211 3.1.8 Entwicklungsbedarf und Ausblick......Page 212 3.2 Pulvermetallurgische Leichtbauprodukte......Page 213 3.2.1 Einführung – Pulvermetallurgie (PM)......Page 214 3.2.2 PM-Aluminium......Page 217 3.2.3 PM-Titanwerkstoffe......Page 231 3.2.4 Ausblick......Page 232 3.3.1 Einleitung......Page 236 3.3.2 Herausforderungen an die Umformtechnik durch den stofflichen Leichtbau......Page 237 3.3.3 Umformtechnische Umsetzung der konstruktiven Leichtbauprinzipien......Page 239 3.3.4 Umformtechnischer Leichtbau ausgehend von Feinblech......Page 241 3.3.5 Lokale Blechverstärkungskonzepte......Page 245 3.3.6 Rohrbasierte Konzepte......Page 248 3.3.7 Leichtbau im Bereich der Massivumformung......Page 254 3.3.8 Numerische Simulation zur Verfahrens- und Produktoptimierung......Page 262 3.3.9 Zusammenfassung und Ausblick......Page 264 4.1.1 Einleitung......Page 269 4.1.2 Formwerkzeug......Page 270 4.1.3 Laminataufbau......Page 273 4.1.4 Aushärten......Page 285 4.1.5 Qualitätskontrolle......Page 288 4.1.6 Zusammenbau......Page 290 4.1.7 Zusammenfassung und Ausblick......Page 292 4.2.1 Einleitung......Page 293 4.2.2 Einsatzbeispiele und Anforderungen......Page 294 4.2.3 Zusammenfassung......Page 299 5.1.1 Einleitung......Page 301 5.1.2 Produktlebenszyklus......Page 302 5.1.3 Primärmetalle und Sekundärlegierungen......Page 305 5.1.4 Verwertung von metallischen Rest- und Altstoffen......Page 307 5.1.5 Aluminium und Magnesium spezifische Situation......Page 312 5.1.6 Kreislaufwirtschaft......Page 318 5.1.7 Schlussfolgerungen......Page 321 5.2 Rezyklieren von unverstärkten und faserverstärkten Kunststoffen......Page 323 5.2.1 Stoffströme, gesetzliche Rahmenbedingungen......Page 324 5.2.2 Verwertung von Kunststoffabfällen......Page 325 5.2.3 Rezyklieren von Faserverbundwerkstoffen......Page 326 5.2.5 Ausblick......Page 335 6.1.1 Einleitung......Page 339 6.1.2 Vision......Page 340 6.1.3 Virtuelle Evolution......Page 341 6.1.4 Antriebskonzept......Page 343 6.1.5 Modularer Spaceframe......Page 344 6.1.6 Werkstoffauswahl und Einsatz......Page 346 6.1.7 Basisstruktur des Konzepts......Page 347 6.1.8 Ausblick......Page 348 6.2 Prototypfahrzeug „CLEVER"......Page 349 6.2.1 Einleitung......Page 350 6.2.2 Historische Entwicklung und Stand der Technik......Page 351 6.2.3 Auswahl der Bauweise für CLEVER......Page 354 6.2.5 Bearbeitung der Profile und Zusammenbau der Spaceframes......Page 357 6.2.6 Weitere Arbeiten der Partner......Page 359 6.2.7 Technische Daten des CLEVER Fahrzeugs......Page 360 6.3.1 Einleitung......Page 362 6.3.2 Anforderungen und Produkte......Page 363 6.3.3 Wichtige Kenngrößen......Page 364 6.3.4 Entwicklungsziele......Page 365 6.3.5 Spezielle Ausführungen......Page 367 6.3.6 Entwicklungsbedarf und Ausblick......Page 371 6.4.1 Einleitung......Page 372 6.4.2 Strukturelle Komponenten......Page 373 6.4.3 Triebwerkskomponenten......Page 379 6.4.4 Innenraumkomponenten......Page 380 6.4.5 Zusammenfassung und Ausblick......Page 381 7.1 Innovation......Page 383 7.1.1 Innovation und Verantwortung für Innovationen als zentrale Managementaufgabe......Page 384 7.1.2 Wettbewerb und Innovationsprozesse......Page 386 7.2 Die Erfolgsfaktorenforschung und ihre Ergebnisse......Page 388 7.3 Die Rolle der Selektionsumgebung und managementorientierte Innovationskonzepte......Page 391 7.4.1 Diffusion von Innovation......Page 396 7.4.2 Der Produktlebenszyklus......Page 398 7.4.3 Die Conjoint-Analyse......Page 399 7.4.4 Die Lernkurven......Page 400 Register......Page 407 An explanation for engineers and material scientists of the complex interrelations between numerous lightweight construction methods, this didactic book covers the requirements, simulation and component developments, choice of materials, design and manufacturing techniques.