1. Aluminium - ein idealer Konstruktionswerkstoff 1

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1 Inhaltsverzeichnis 1. Aluminium - ein idealer Konstruktionswerkstoff Positive Eigenschaften - große Anwendungsvielfalt Aluminiumlegierungen Wechsel im Normensystem Einteilung der Aluminiumlegierungen Bezeichnungen von Aluminiumknetlegierungen Bezeichnungen von Aluminiumgusslegierungen Unterscheidung nach dem Verfestigungsverhalten Kennzeichnung des Werkstoffzustandes 11 Literatur Kap Spanen von Aluminium Spanbarkeit von Aluminiumwerkstoffen Aluminium-Knetwerkstoffe Automatenwerkstoffe Aluminium-Gusswerkstoffe Werkzeuge, Maschinen, Hilfsstoffe Schneidstoffe Schnellarbeitsstähle Hartmetalle Diamant Ungeeignete Schneidstoffe Maschinen Kühlschmiertechnik Spanungsverfahren Drehen Fräsen Fräswerkzeuge Schnittbedingungen Hochgeschwindigkeitsfräsen Hobeln, Stoßen, Räumen Bohren Bohrwerkzeuge Schnittbedingungen Senken, Reiben, Gewindeschneiden Senken Reiben Gewindeschneiden Gewindebohrfräsen Bearbeitung auf Dreh-Automaten Sägen 75 V

2 2.3.9 Schleifen Feinstbearbeitungsverfahren Feiristdrehen (Glanzdrehen) Honen Schaben Läppen Funkenerodieren Planetär-Senkerodieren Drahterodieren 80 Literatur Kap Fügen von Aluminium und seinen Legierungen Schmelzschweißen Aluminiumspezifische Besonderheiten Einfluss der Oxidschicht Einfluss des Schweißverfahrens Einfluss des Schweißzusatzwerkstoffes auf die Schweißbarkeit Einfluss der Schweißwärme auf die Werkstoffeigenschaften Optische Oberflächenbeeinflussung durch anodische Oxidation (Eloxieren) Vorarbeiten zum Schmelzschweißen Allgemeine Sicherheitsvorkehrungen Nahtfugenvorbereitung, Reinigung Heftschweißen Vorwärmen Lichtbogenschweißen unter Schutzgas Verfahrensübersicht und grundlegende Unterscheidungsmerkmale Zerstörung der Aluminiumoxidschicht beim Schutzgasschweißen Schutzgase Arbeits- und Gesundheitsschutz beim Schutzgasschweißen von Aluminium Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen) Verfahrensprinzip Aufbau einer WIG-Schweißanlage zum mechanisierten Schweißen Stromquellen zum WIG-Schweißen Steuereinheit Brenner und Schlauchpaket Elektroden zum WIG-Schweißen Nahtfugenvorbereitung zum WIG-Schweißen Ablauf des WIG-Schweißens WIG-Schweißen mit Wechselstrom WIG-Schweißen mit Gleichstrom 121

3 WIG-Schweißen mit impulsförmigem Stromverlauf WIG-Schweißen mit Schweißzusatzwerkstoff Verfahrensvarianten des WIG-Schweißens Störungen und Fehler beim WIG-Schweißen Wolfram-Plasmaschweißen (Plasmaschweißen) Verfahrensprinzip Vorgehensweise beim Schweißen Vergleich des Plasmaschweißens mit dem WIG-Schweißen Richtwerte zum Plasmaschweißen Plasma-MIG-Schweißen Metall-Inertgas-Schweißen (MIG-Schweißen) Verfahrensprinzip Aufbau von MIG-Schweißanlagen Lichtbogenarten Arbeitsbereiche beim MIG-Schweißen Nahtvorbereitung zum MIG-Schweißen Schweißablauf Störungen und Fehler beim MIG-Schweißen Nahtsuch- und Nahtführungssysteme Verfahrensvarianten des MIG-Schweißens Sonstige Schmelzschweißverfahren Gasschweißen Aluminothermisches Schweißen Strahlschweißverfahren Laserstrahlschweißen Elektronenstrahlschweißen Laser-MSG-Hybridschweißen von Aluminiumlegierungen Thermisches Trennen Plasmaschneiden Schneiden mit Laserstrahlung Fehler an Schmelzschweißverbindungen Rissbildung beim Schweißen Bindefehler, Einbrandkerben, abweichende Nahtgeometrie, Lunker Einschlüsse Porenbildung beim Schweißen Reparaturen durch Schmelzschweißen Einsetzen von Flicken Ausbessern von Gussstücken Schweißen gebrochener Gussstücke Sicherung der Güte von Schweißarbeiten Pressschweißen Widerstands-Pressschweißen Widerstands-Punktschweißen Rollennahtschweißen Abbrenn-Stumpfschweißen 221 VII

4 3.2.2 Bolzenschweißen Bolzenschweißen mit Spitzenzündung Bolzenschweißen mit Hubzündung Kalt- und Warmpressschweißen Kaltpressschweißen KPS-Verfahren Ultraschallschweißen Sprengschweißen Warmpressschweißen Rührreibschweißen (FSW) Reibschweißen Hochfrequenzschweißen Löten Lötverfahren Lötbarkeit Eigenschaften von Lötverbindungen Lote, Flussmittel Lote Flussmittel Sicherheitsmaßnahmen Hartlöten mit Flussmitteln Gestalten der Verbindungsstellen Wirkungsweise von Hartlötflussmitteln Anbringen von Hartlötflussmitteln und Loten Hartlötverfahren mit Flussmitteln und Durchführung Hartlöten ohne Flussmittel Lote für Hartlöten ohne Flussmittel Hartlötverfahren ohne Flussmittel Weichlöten Verfahrensmerkmale Weichlötverfahren Lötverbindungen Hartlöten (mit Aluminium-Zusatzwerkstoff) Weichlöten Kleben Merkmale von Klebverbindungen Klebstoffe Klebgerechte Konstruktion Oberflächenvorbehandlung Ausführung des Klebens Eigenschaften der Klebverbindungen Berechnung der Klebverbindungen Allgemeine Betrachtungen Einflussparameter für die Berechnung Klebverbindungen von Aluminium mit anderen Werkstoffen 280 VIII

5 3.5 Nieten Vollniete Nietwerkstoffe Nietformen Schließkopfformen Schließringbolzen Blindniete Stanzniete Nietmuttern und -bolzen Instandsetzen von Nietverbindungen Schrauben Schraubenwerkstoffe Aluminiumlegierungen Chromnickelstahl Verzinkter Stahl UngeschützterStahl Kupferlegierungen Schrauben in Aluminiumbauteilen Flächenpressung unter Schraubenköpfen und Muttern Mutterngewinde in Aluminium Schraubeinsätze Stiftschrauben Neue Verbindungsaufgaben Gewindeformende oder -schneidende Schrauben Blechschrauben Gewindefurchende Schrauben Gewindeschneidende Schrauben Ausführung und Instandsetzung von Schraubenverbindungen Sichern von Schraubenverbindungen Sonstige Verbindungselemente aus Aluminium Holzschrauben Nägel, Klammern Sonstige mechanische Fügeverfahren Fügen durch Umformen Umformen der Fügeteile Durchsetzfügen Umformen von oder mit Verbindungselementen Fügen mit Steck-, Schnapp- und Klemmverbindungen 321 Literatur Kap Konstruieren mit Aluminium Leichtbau als Konstruktionsprinzip Definitionen Konstruktionssysteme Bauformen 358 IX

6 Beanspruchungsgerechtes Gestalten Aluminium als Konstruktionswerkstoff Auswahlkriterien Das Werkstoffangebot Festigkeit Festigkeitsverändernde Einflüsse Elastisches Formänderungsverhalten Plastisches Formänderungs- und Bruchverhalten Temperaturverhalten Korrosionsverhalten Verschleiß Schwingungstechnische Eigenschaften Werkstoffverbunde Kombinationen Aluminium - Aluminium Kombinationen Aluminium - andere Werkstoffe Gestalten von Konstruktionselementen und Bauteilen Der funktionelle Einfluss des Elastizitätsmoduls Dimensionieren auf Festigkeit Dimensionieren auf zulässige Deformation und Stabilität Elastisches Arbeitsvermögen und Reaktionswirkungen Dynamisches Verhalten Stoßbelastung auf ruhende Bauteile aus Aluminium Stoßbelastung durch Aufprall bewegter Aluminiumkonstruktionen Elastische Federung Elastizität und plastische Formänderung Elastizitätsmodul bei Mischkonstruktionen Konstruieren mit Strangpressprofilen Begriffe Wirtschaftlichkeit, Funktionalität Großprofile Rohre mit Zusatzelementen Klipstechnik Kleinprofile Profilabschnitte ( Häckselteile") Sichtflächen, Auslaufebene Gestaltungsprinzipien Toleranzen Kosten, Abnahmemengen, Bezugsquellen Konstruieren mit Blechen Flächige Bauelemente Profilierte Bleche (Profiltafeln) Kombinationen Profil-Blech Aussteifen von Ausschnitten und Durchbrüchen Konstruieren mit Formteilen aus Knetwerkstoffen Blechformteile Aluminium-Schmiedestücke 427 X

7 Allgemeines Aluminium-Gesenkschmiedestücke Aluminium-Freiformschmiedestücke Wirtschaftlichkeit Einsatzgebiete Fließpressteile Konstruieren von Formgussstücken aus Aluminium Wahl des geeignetesten Aluminium-Gusswerkstoffes Konstruktionsrichtlinien für Aluminium-Gussstücke Allgemeine Konstruktionsrichtlinien für Gussstücke Konstruktive Vermeidung unzulässiger Spannungen Konstruktive Besonderheiten Verbundkonstruktionen Verbünde Aluminium mit Aluminium Verbünde von Aluminium mit anderen Werkstoffen Sandwich-Bauelemente Sandwich mit Aluminium-Wabenkern Sandwich mit Kern aus Kunststoffhartschaum bzw. Aluminiumschaum und Aluminiumdeckblechen Verbindungen als Konstruktionsdetail Schmelzschweißverbindungen Werkstoffe Gestalten der Verbindungen Pressschweißverbindungen Widerstands-Punktschweißverbindungen KPS-Verbindungen Lötverbindungen Klebverbindungen Nietverbindungen Schraubverbindungen Allgemeines Schraubverbindungen am Strangpressprofil Formschluss-Verbindungen zwischen Strangpressprofilen Korrosionsschutz als Konstruktionsaufgabe Bemessen und Berechnen von Konstruktionen Methoden Lastannahmen, Beanspruchung Sicherheitsfaktoren Berechnungsgrundlagen Werkstoffkennwerte Formeinflüsse Gestaltfestigkeit Eigenspannungen Berechnungsverfahren Ermittlung der vorhandenen Spannungen Verformungsberechnungen 553 XI

8 Stabilitätsversagen Wärmespannungen Berechnen von Mischkonstruktionen Berechnen von Verbindungen Schmelzschweißverbindungen Widerstandspunktschweißverbindungen Klebverbindungen Nietverbindungen Schraubverbindungen Ermüdungsanfällige Tragwerke Vorschriften für Lastannahmen und Berechnung Hochbau - Konstruktiver Ingenieurbau Werkstoffe und Festlegungen Bemessungen Schienenfahrzeuge Druckbehälter 591 Literatur Kap Anwendung von Aluminium Aluminium im Verkehrswesen Historische Entwicklung Stand der Aluminiumanwendung im Verkehrswesen Personenkraftwagen Aluminium-Motoren Aluminium-Zylinderköpfe Aluminium-Kolben Andere Motorenteile Antriebsstrang Fahrwerk Bremsanlage Lenkung Achsen Karosserie Pkw-Anhänger Zwei rad-fahrzeuge Nutzfahrzeuge Pritschen-Aufbauten Kipper-Aufbauten Kofferaufbauten, Ladebordwände Selbsttragende Sattelanhänger, Tank- und Silofahrzeuge Aluminiumfahrgestelle bei Nutzfahrzeugen Omnibusaufbauten Schienenfahrzeuge Schiff- und Bootsbau Schiffbau Bootsbau 661 XII

9 Luft-und Raumfahrt Aluminium im Maschinenbau Aluminiumlegierungen für Gleitlager Aluminium im Werkzeug-, Vorrichtungs- und Formenbau Tragkörper für Werkzeuge Spezielle Walzerzeugnisse für Sondergebiete des Maschinenbaus Pressbleche Lithobleche Strangpresserzeugnisse im Maschinenbau Aluminium in der Elektrotechnik und Elektronik Arten und Eigenschaften von Aluminium-Leitwerkstoffen Genormte Werkstoffe Nichtgenormte Werkstoffe Anwendung und Eigenschaften Fügetechniken für elektrisch leitende Anschlüsse Unlösbare Anschlüsse Lösbare Anschlüsse Stromschienenanschlüsse Korrosionsverhalten von Kontaktstellen Stromschienen aus Aluminium Lieferformen Eigenschaften, Bemessung Zurichten und Anpassen Ausdehnungsstellen Stromschienen für Bahnen Aluminiumkabel Aluminiumleiter in Kabeln Kabelmäntel aus Aluminium Verlegen Belastbarkeit Aluminium-Freileitungen Seiltypen, Anwendung Normen, Lieferbedingungen, Vorschriften Dimensionierung, Belastbarkeit Zugspannungen, Spannweiten Verbindungen, Befestigungen Schwingungsschutz Aluminiumwicklungen Drahtwicklungen Bandwicklungen Kurzschlussläufer Aluminium für Blitzableiter Aluminiumbauteile für Hochfrequenztechnik, Elektronik Hochfrequenzleiter Kondensatoren 713 XIII

10 Halbleitertechnik Aluminium-Luft-Zellen Aluminium im Bauwesen Normen, Richtlinien Metallbau Bauelementsysteme Individuelle Metallbaukonstruktionen Ausbau und Installation Dachdeckung, Dampf-und Wassersperren Wärmedämmung mit Aluminiumfolien Heizungs- und Klimatechnik Bauteile für die Nutzung alternative Energie Aluminiumguss in Architektur und Kunst Aluminium-Gussplatten als dekorative Bauelemente für Fassaden Aluminium-Kunstguss Aluminium-Skulpturen Ingenieurbau Tragende Aluminiumkonstruktionen Ortfeste Brücken aus Aluminium Transportable Brücken aus Aluminium Verpackungen mit Aluminium Packstoff Aluminiumfolie, dünnes Band Eigenschaften Anwendungen von Folienverpackungen Verschließen von Folienpackungen Anwendungen von Verpackungen aus dünnem Band Fließgepresste Verpackungen Verpackungsrunddraht Behälter, Geräte und Haushaltswaren Aluminiumpulver, Aluminiumgrieß Pulver, Paste Grieß, Kleingranalien Anwendungen von Pulver und Grieß Pigment für Aluminiumfarbe Füllstoff für Kunststoffe Reaktionsmittel bei der Aluminothermie Reaktionsmittel für Gasbetonherstellung Reaktionsmittel in der Pyrotechnik Sonstige Anwendungen Metallurgische Anwendungen Stahldesoxidation mit Aluminium Aluminium als Legierungskomponente Stahl, Gusseisen Kupferlegierungen Zinklegierungen 790 XIV

11 Magnesium Titanlegierungen Nickellegierungen Aluminium zum Schutz von Stahl Beschichten von Stahl - Aluminieren Flammspritzen (Spritzaluminieren) Alitieren Tauchaluminieren (Feueraluminieren) Tauchbeschichten (Galfan, Galvalume) Walzplattieren, Ziehplattieren Chemo-mechanisches Aluminieren Kathodischer Schutz von Stahl Bedampfen, Abscheiden Bedampfen mit Aluminium Abscheidungen für Sonderzwecke 811 Literatur Kap XV