Hallo liebe Techniker,
diese Woche habe ich im Modul Werkstoffkunde eine Hausaufgabe aufbekommen, welche mir noch den letzten Nerv raubt.
AUFGABENSTELLUNG!!!
Die Firma Müller Lohnfertiger GmbH hat für die Firma Wellendreher Co. KG 20 Wellen
hergestellt. Diese sollten schnell verfügbar sein, da sie unmittelbar in Maschinen eingesetzt
werden sollen, die jedoch nur eine begrenzte Laufzeit haben.
Der kleinste Wellenabsatz hat einen Durchmesser von 16 mm und einen Durchmesser von
65 mm beim größten Wellenabsatz. Eine Welle hat ein Volumen von 0,001 m³.
Der Kunde beschwerte sich vor wenigen Tagen, dass die aus C60E gefertigten Wellen im
Betrieb zerstört wurden.
Durch die ersten Nachforschungen und Berechnungen hat sich ergeben, dass die
Mittelspannung 400 N/mm² und die Spannungsamplitude 250 N/mm² groß ist.
Die Firmenleitung hat die folgende Aufgabe an ihre Arbeitsgruppe gestellt:
1.) Untersuchen Sie, ob die Dauerfestigkeit der gelieferten Welle ausreichend ist.
Außerdem sind im Lager noch die Werkstoffe S355J2C und 42CrMo4 vorhanden,
aus denen die Fertigung der Wellen auch möglich wäre. Einige
Werkstoffkennwerte finden Sie in Tabelle 1.
Arbeiten Sie das Ergebnis mit einer Zeichnung des zeitlichen Belastungsverlaufs
und Haigh Diagrammen (eins je Werkstoff) graphisch so auf, dass die
Geschäftsleitung auf einen Blick sehen kann, welcher Werkstoff ein dauerfestes
Ermüdungsverhalten an den Tag legt.
2.) Der Kunde möchte die Wellen ersetzt haben, ohne konstruktive Änderung am
Rest der Maschine vornehmen zu müssen.
Der zuvor verwendete Werkstoff C60E müsste erst bestellt werden, was aktuell
genau 14 Tage dauert, da fast alles an verfügbarem C60E von einer Firma für die
Produktion von hochfesten Büroklammern aufgekauft wurde.
Der von der Firma Lohnfertiger normalerweise für Wellen verwendete Werkstoff
S355J2C, befindet sich im Lager und ist nur geringfügig teurer als C60E.
Von den Konstruktoren wurde der Werkstoff 42CrMo4 vorgeschlagen, der sich
auch im Lager der Firma Lohnfertiger befindet, jedoch um einiges teurer ist als
S355J2C. Die Wellen aus 42CrMo4 oder S355J2C könnten direkt am nächsten Tag
in Betrieb genommen werden.
Jeder Tag, den die Maschinen nicht laufen, kostet Wellendreher Co. KG 178 €.
Entscheiden Sie, welcher Werkstoff für die Wellen, die neu gefertigt werden
sollen, genutzt werden soll und begründen Sie Ihre Entscheidung.
Tabelle 1: Werkstoffkennwerte
C60E S355J2C 42CrMo4
Rm [MPa] 850 810 1100
Re [MPa] 600 620 900
Rw [MPa] 580 495
RD [MPa] 350
Preis [€/kg] 12 14 18
Dichte[g/cm3] 6,9 6,9 6,9
Nun habe ich anhand der obigen Tabelle für die beiden ersten Werkstoffe jeweils ein Haigh Diagramm gezeichnet. Hierfür habe ich ja auch die Werte für die Wechselfestigkeit Rw vorgegeben gehabt. Durch Einzeichnen der Mittelspannung 400n/mm² und der Spannungsamplitude 200N/mm² konnte ich nun die Aussage treffen, dass die Dauerfestigkeit der beiden ersten Werkstoffe C60E und S355J2C nicht ausreicht, die Punkte liegen in beiden Fällen oberhalb der Goodman-Gerade bzw. außerhalb des Dauerfestigkeitsbereichs. Beim 3. Werkstoff 42CrMo4 ist mir jedoch leider der Wert für die Wechselfestigkeit Rw nicht gegeben, weshalb ich nun nicht weiß, wie ich für diesen ein Haigh Diagramm erstellen kann. Zudem soll ich ja in Aufgabe 1 auch noch eine Zeichnung des zeitlichen Spannungsverlaufs erstellen, was mir auch nicht wirklich gelingt.
Vielleicht gibt es hier ja ein paar schlaue Köpfe, die mir helfen können diese Aufgabenstellung zu lösen.
MfG
Der gescheiterte Student
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