Archive for July 2013

Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Dieses Diagramm ist vor allem für die Bestimmung von Werkstoffeigenschaften wichtig. Es ist meist aufgebaut, wie ein Koordinatensystem. An der senkrechten x-Achse wird die Zugspannung abgelesen, also die Kraft, mit der eine Probe entgegen der Richtung zum Mittelpunkt gezogen wird. Die Maßeinheit ist meist Newton-Meter, oder Bruchteile davon (Bsp.: Newton-Millimeter) Die waagerechte y-Achse zeigt an, um wie viel sich das Material dehnt, ehe es schließlich reißt. Die Angabe erfolgt in Prozent von der ursprünglichen Länge (Bsp.: Ist eine Probe 100 cm lang und dehnt sich um 5 cm, beträgt die Dehnung 5%) Die Messpunkte werden verbunden und es ergibt sich meist eine nach oben gewölbte Kurve, ähnlich einer breiten Parabel.

Spannung, mechanische

Mechanische Spannung entsteht, wenn an einem Gegenstand oder Material in zwei entgegengesetzte Richtungen gezogen wird. Die Folge dieser Spannung ist die Dehnung des Materials bis zum Reißen. Manche mechanischen Antriebe, wie etwa ein Keilriemen, arbeiten nur unter einer gewissen Spannung. Reißt der Riemen, besteht akute Verletzungsgefahr, da sich die angesammelte kinetische Energie (Bewegungsenergie) unkontrollierbar entlädt. Das bedeutet, das die nun nicht mehr verbunden Teile des Riemens irgendwohin fliegen und meist mit enormer Geschwindigkeit. Bekannte Hilfsmittel zum Erzeugen mechanischer Spannungen sind zum Beispiel Federn. Mit ihnen können Bauelemente unter Spannung verbunden werden. Die Federn werden in Ösen eingehängt. Dabei werden sie gedehnt, haben aber die Tendenz, sich so weit wie möglich wieder zusammen zu ziehen. Auf diese Weise entsteht Spannung auf dem so verbundenen Gebilde. Ein Beispiel aus dem Alltag hierfür ist etwa manche Matratzenauflage im Bett, die nachgiebig sein muss. Die Definition der mechanischen Spannung lautet: Kraft pro Flächeneinheit. Somit ist sie ähnlich definiert, wie der Druck, der sozusagen einen „Spezialfall“ der Spannung in der Physik darstellt. Die begriffliche Abgrenzung fand statt, weil bei Spannung oft auch noch ein Weg, also Richtung und Länge in die gezogen wird und die die Kraft näher bestimmen, eine Rolle spielt. In einer Formel wird die Spannung meist durch den griechischen Buchstaben Sigma angegeben. Der englische Begriff für „mechanische Spannung“ lautet „Stress“.

Spannung, elektrische

Die elektrische Spannung wird in Volt gemessen. Die Maßeinheit ist benannt nach ihrem Entdecker, Alessandro Volta. Er stellte fest, dass einem Pluspol ein Überschuss an Elektronen vorhanden ist, wohingegen am Minuspol Elektronenmangel herrscht. Wenn sich die beiden Pole einander annähern, wird versucht, ein Ausgleich zu schaffen. Je nach Unterschied zwischen Überschuss und Mangel fällt der Ausgleich unterschiedlich stark aus. Dieser „Sog“ an Elektronen, sowie der „Zug“ mit dem sich die Potentiale auszugleichen versuchen, wird Spannung genannt. Haushaltsüblich ist die Wechselspannung, hierbei tauschen die Pole etwa 50 Mal in der Sekunde ihre Polarität, sie wechseln. Daher der Name. Beim Drehstrom liegt eine Gleichspannung an. Die Pole behalten ihre Eigenschaften und so entsteht ein sich drehendes Magnetfeld, der Namensgeber dieser Energieart. Wechselspannung wird üblicherweise vom Stromanbieter mittels Leitungen ins Haus geliefert. Die Höhe der Spannung kann mit Transformatoren beeinflusst werden, ebenso ihre Ausrichtung. Der englische Begriff für „elektrische Spannung“ lautet „currency“ Für den Menschen sind selbst relativ hohe Spannungen ungefährlich, solange kaum Stromstärke dabei auftritt. Durch Kontakt mit einer (stärkearmen) Spannungsquelle kommt es zu Muskelzucken, welches sehr unangenehm aber lokal begrenzt und zunächst harmlos ist. Fließt die Spannung über das Herz, kann es zu Kammerflimmern kommen. Diese Situation ist lebensgefährlich. In der Medizin werden Geräte mit relativ viel Spannung aber wenig Stromstärke eingesetzt. Bekanntestes Beispiel dürfte der Defibrilator sein, ein Gerät, das aus zwei Panels einen Stromstoß absetzt, mit dem ein Herz wieder zum regelmäßigen Schlagen gebracht werden kann. Auch die Messung von Funktion und Leitfähigkeit der Nerven in Neurologie oder Neurochirurgie werden mittels Stromspannungen durchgeführt.

Spannpratze, Fertigungsbeispiel

Eine Spannpratze hält das Werkstück durch eine pendelnde Bewegung fest. Wird sie gesenkt, hält sie, wird sie gehoben, gibt sie das Werkstück wieder frei. Sie kann einzeln oder paarig eingesetzt werden, und führt meist eine ihrer Bewegungen hydraulisch aus. Wenn ein solches Gerät gefertigt werden soll, so ist die Materialauswahl von großer Wichtigkeit. So muss die Halteplatte aus Stahl mit großer Zugfestigkeit sein, damit die Pratze auch bei hohen Spannkräften hält und nicht brüchig wird. Daher ist schon bei der Planung zu überlegen, wo die Pratze eingesetzt werden soll. Die Fertigung muss Schritt für Schritt in einem Arbeitsplan festzuhalten. Dabei gilt es zu überlegen, ob etwa das Material so genügt oder noch veredelt werden muss. Dies muss vor Zuschnitt und Formgebung geschehen. Nach dem Zuschneiden werden die erst die Außenflächen und dann die Nut und das Langloch gefräst. Schließlich wird das Kernloch und die Gewinde gebohrt und die Pratze fertiggestellt. Bei der Fertigung sollte auf die Kosten geachtet werden. Vor allem bei den Werkzeugen wie Fräsen und Bohrer muss unbedingt das zum Material passende Stück gewählt werden. Dies erspart Ausschuss durch Ungenauigkeit und hält den Werkzeugverschleiß gering. Natürlich spielt auch der Zeitaufwand eine Rolle bei der Kosteneffizienz. Daher werden Fertigungen immer sorgfältig geplant.