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Mikrowellentechnik

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Die Mikrowellentechnik ist eine Höchstfrequenztechnik, ein Gebiet, das sich mit der Erzeugung, Verstärkung, Weiterleitung und Anwendung von Mikrowellen befasst. In der Mikrowellentechnik ist die sonst in der Elektrotechnik angewandte Technik miniaturisierter Schaltkreise im Allgemeinen nicht mehr anwendbar, da die Abmessungen der Bauelemente in der Größenordnung der Wellenlänge und darüber liegen. Es treten Ausbreitungs- (z. B. auf Leitungen) und Abstrahlungseffekte auf. In Halbleiterbauelementen und Elektronenröhren muss die Laufzeit der Elektronen berücksichtigt werden, da sie im Größenordnungsbereich der Periodendauer der Mikrowellen liegt.

Zur Erzeugung von Mikrowellen dienen Mikrowellenhalbleiterbauelemente (z. B. Mikrowellentransistoren, Tunneldioden, PIN-, IMPATT-, Schottky-, Gunn-Dioden) und ‒ v. a. für größere Leistungen ‒ Mikrowellenröhren (Laufzeitröhren, z. B. Klystron, Magnetron). Für Kleinsignalanwendungen und Steuerzwecke sind die Röhren jedoch durch Halbleiterbauelemente und spezielle integrierte Schaltungen verdrängt. Mikrowellenoszillatoren lassen sich mit Mikrowellentransistoren, IMPATT- oder Gunn-Dioden aufbauen. Anstelle der bei niedrigeren Frequenzen verwendeten, aus Spule und Kondensator aufgebauten Schwingkreise werden hier Resonatoren eingesetzt, die z. B. als Mikrostreifenleitung, Hohlraumresonator oder Topfkreis ausgeführt sein können. Als Mikrowellenverstärker eignen sich z. B. Maser und parametrische Verstärker. Die leitungsgebundene Übertragung von Mikrowellen erfolgt bis circa 1 GHz auf Koaxialleitungen, darüber im Allgemeinen mittels Hohlleiter.

Wegen ihrer guten Bündelungsfähigkeit und der quasioptischen Ausbreitung nutzt man Mikrowellen z. B. als Nachrichtenträger für terrestrische und Satelliten-Richtfunkverbindungen, für Radarverfahren zur Ortung, Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung, zur Funkpeilung für die Navigation in Schiff-, Luft- und Raumfahrt sowie für Instrumentenlandeverfahren (Landeführungssysteme) und das GPS. Weitere Anwendungen sind Radioastronomie, Mikrowellenspektroskopie und NMR-Spektroskopie sowie der Einsatz für industrielle Erwärmungs- und Trocknungsprozesse und Mikrowellenherde.

Stahlteile galvanisch schützen

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Das Prinzip der Einwegbatterie:

Stahl ist ein hervorragender Werkstoff: Er ist billig, mechanisch sehr resistent, trotzdem leicht industriell zu verarbeiten. Wenn da nicht sein Erz-feind wäre, der hochwertige Stahlbauteile binnen kürzester Zeit zurück… in (zumindest aus mechanischer Sicht) wertloses Erz verwandelt. Ich spreche natürlich von der „braunen Pest“, allgemein bekannt als… der Rost. Die Non Plus Ultra Rostschutzmethode ist eine „Opfergabe an den Rotbraunen Teufel“. Was sich jetzt betont okkult und mystisch anhört, ist jedoch bloß elementare Oxydo – Reduktions Chemie.

Die elektrische Batterie:

Wie sie vielleicht schon wissen, gibt es für Metalle eine Klassifizierung, die diese in „edle“ und „unedle“ Metalle kategorisiert. Diese Klassifizierung trägt den Namen „Spannungsreihe„.

Warum „Spannungs-„Reihe?

Weil zwischen 2 verschiedenen Metallen, die in eine elektrolytische Lösung getaucht sind, eine elektrische Spannung anliegt. Und zwar ist diese Spannung umso höher, je edler das eine Metallstück im Gegensatz zu dem anderen ist. Verbindet man jetzt diese beiden Metallstücke durch einen elektrischen Leiter (z.B. mit einem konventionellen Kupferdraht), fließt durch diesen ein elektrischer Strom. Das ist das fundamentale Prinzip der Einwegbatterie, wie es der berühmte italienische Physiker Alessandro Giuseppe Volta entdeckte als er im Jahre 1800 die allererste Batterie erfand.

Was während dieses Phänomens ebenfalls passiert, ist dass das unedlere der beiden Metallstücke nach und nach verbraucht wird. Es findet, im Ausgleich zu dem Elektronenstrom durch den elektrischen Leiter, ein Ionen Austausch statt, und zwar gehen „unedle“ Metall-Ionen in die elektrolytische Lösung über, bis von diesem Metallstück, übrigens im Fachjargon eine „Elektrode“ genannt, nichts mehr übrig ist.

Schön, aber was hat das mit Rostschutz zu tun?

Vielleicht haben sie es schon erraten: „Verbinden wir doch einfach den Stahl eines Werkstücks mit einem unedleren Metall dass dann als „Opfer-Elektrode“ den Eisenstahl solange schützt bis es aufgebraucht ist.“
Ein schneller Blick in die Spannungsreihe und die Schmelztemperaturen sagt uns: Aha, Zink wäre doch wunderbar geeignet. Sein Schmelzpunkt liegt deutlich unter dem des Stahls, also wird das Bauteil im Prinzip nicht beschädigt wenn man das Zink aufträgt.

Soweit zum Prinzip. Was sind jetzt konkret die Verzinkungs-Techniken die die Industrie verwendet? Das erfahren sie in einem anderen Artikel, denn das würde hier den Rahmen zu sehr sprengen.

Metalle in der Übersicht

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Metalle sind chemische Elemete. Man kann Sie im Periodensystem der Elemente einsehen. 80 Prozent der Metalle sind Nichtmetalle und Halbmetalle. Metalle haben verschiedene Stoffeigenschaften:

Sie sind leitfähig und ihre Temperatur nimmt ständig ab. Sie haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Man kann Metalle verformen und Sie sind glänzend. Metalle werden unterteilt nach ihrer Dichte, man unterscheidet Schwermetalle und Leichtmetalle, aber auch Edelmetalle und unedle Metalle.

Metallatome haben folgende Eigenschaften:

Die Anzahl der Elektronen in der äußeren Schale sind geringer als die Koordinationszahlen. Die Ionisierungsenergie ist klein. Viele Metalle sind sehr wichtige Werkstoffe. Eine Welt ohne Metalle wäre undenkbar. Die Werkstoffe gehen von der Steinzeit, Bronzezeit bis hin zur Eisenzeit.

Metallarten und ihre Verwendungszwecke.

Aluminium ist ein Leichtmetall.
Beryllium ist eine Legierung aus Kupfer und Aluminium. Sie wird auch als Waffe verwendet.
Weitere Legierungen sind Wismut und Blei.
Cadmium ist der Bestandteil von Akumulatoren.
Chrom ist ein Überzugsmetall.
Eisen ist das wichtigste Metall, es wird bei Legierungen verwendet.
Gallium ist ein Halbleiter und wird auch bei Thermometern verwendet.
Gold ist für uns ein Schmuckmetall, das heute einen sehr hohen Wert haben kann.
Indium ist ein Halbleiter und wird manchmal auch als Dichtung gebraucht.
Iridium kommen in Kugelschreibern vor, oder in Autos bei Zündkerzen.
Kalium enthält Natriumlegierungen und wird oft als Kühlmittel verwendet.
Cobalt hat Verwendung bei Magneten.
Kupfer wird in der Elektrotechnik verwendet.
Magnesium ist ein leichtes Werkstück.
Mangan ist ein Legierungsbestandteil, es ist auch als Stahl bekannt.
Molybdän ist ein Legierungsbestandteil und wird zur Erhöhung der Wärmefestigkeit eingesetzt.
Natrium ist mit Kalium legiert und wird als Kühlmittel in Kernreaktoren verwendet.
Osmium wurde früher gerne bei Glühlampen eingesetzt.
Palladium sorgt für die Wasserstoffspeicherung.
Quecksilber wird gern in Thermometern eingesetzt und in Energiesparlampen.
Rhodium dient als Schmuckmetall.
Ruthenium wird in Katalysatoren verwendet.
Silber gehört mit zu der Gruppe der Schmuckmetalle.
Tantal verwendet man in Kondensatoren.

Alles über Maschinenbau

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Es ist die älteste Ingenieursdisziplin. Die Grundlage für Maschinenbau ist die Physik. Zum Maschinenbau gehören folgende Arbeitsgruppen: Ingenieure, Techniker und Facharbeiter. Ohne diese Gruppen wäre kein Maschinenbau möglich. Beim Bau von Maschinen muss alles ganz exakt ablaufen, jede Funktion muss mehrmals überprüft werden. In verschiedenen Fabriken werden Maschinen unterschiedlichster Art hergestellt. Ohne Baumschinen wäre das Leben heute gar nicht denkbar. Um im Maschinenbau Arbeiten zu können, müssen Sie eine abgeschlossene Ausbildung haben.

Auf verschiedenen Fachschulen können Sie ihr Wissen erlangen. Man muss ein Fachschulstudium absolvieren was 4 Semester lang geht. In Deutschland arbeiten ca. 900.000 Menschen im Maschinenbau. Es gibt ungefähr 6600 Unternehmen. In den jahren 2003- 2006 sind die Arbeitskräfte im Maschinenbau erhöht wurden. Leider müssen viele Firmen auch an der Wirtschaftskrise leiden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten wie man Maschinen kontruieren kann. Man kann auch als Technischer Zeichner Modelle vorzeichnen die dann mit spezieller Computertechnik verfeinert werden können. Die Maschinen werden von Jahr zu Jahr immer besser.

Jedes Jahr werden mehrere neue Funktionen mit einbezogen. Fachrichtungen im Maschinenbau sind: Werkstoffkunde/Werkstoffwissenschaften, thermische Strömungsmaschinen, technische Thermodynamik, Technische Mechanik, Strömungsmechanik/Fluidmechanik, Produktionstechnik, Mikrostrukturtechnik, Mess- und Regelungstechnik, Kerntechnik und Konstruktionstechnik. Man kann sich im Studium oder in der Lehre das richtige Fachgebiet für sich selbst wählen.

Kunststoff – vielseitiges, organisches Polymer

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Umgangssprachlich wird Kunststoff auch als Plastik bezeichnet. Kunststoffe werden halbsynthetisch oder synthetisch aus monomeren Molekülen hergestellt. Sie können aus verzweigten, linearen und vernetzten Ketten bestehen. Auch Kunstharze in Klebe- und Lackstoffen, sowie Chemiefasern sind ebenfalls synthetische Polymere.

Von großer Bedeutung sind die Eigenschaften: Härte, Formbarkeit, Bruchfestigkeit, Elastizität, chemische Beständigkeit und Wärmeformbeständigkeit. Diese Eigenschaften lassen sich durch die Auswahl der Ausgangsmaterialien, Herstellungsverfahren und durch die Beimischung von Additiven variieren.

Desweiteren werden Kunststoffe u.a. zu Textilfasern, Verpackungsmaterialien, Rohren, Tanks, Isolierungen und im Fahrzeugbau zu Polsterungen und Reifen weiterverarbeitet.

Synthetische Kunststoffe entstehen aus der Polykondensation, Polymerisation oder Polyaddition von Prepolymeren oder Monomeren. Gecracktes Naphta kann hierbei als Rohstoff dienen. Durch die Modifikation natürlicher Polymere entstehen Halbsynthetische Kunststoffe. Biobasierende Kunststoffe wie Polyhydroxybuttersäure und Polymilchsäure werden durch Fermentation von Stärke oder Zucker hergestellt.

Verwendet werden von den Menschen natürlich vorkommende Polymere und Biopolymere schon seit Urzeiten. In ihren Zellen enthalten alle Pflanzen und Tiere Polymere. Die ersten Kunststoffe der Menschheitsgeschichte lieferten Birken, sog. Birkenpech. Mit natürlichem Asphalt wurden Kanäle und Wasserbecken in Arabien abgedichtet. Zudem wurden einige Baumharze als Gummi Arabicum verwendet und anschließend nach Europa exportiert.

Kunststoffe werden in folgende Gruppen unterteilt: Thermoplast, Duroplast, Elastomere und Thermoplastische Elastomere.

Als Thermoplaste werden Kunststoffe bezeichnet, die aus linearen langen Molekülen bestehen. Solche Kunststoffe werden zu Verpackungsmaterialien und Kunststofftüten verarbeitet. Desweiteren finden sie Anwendung in der Automobil- und der Elektroindustrie.

Duroplaste (Polymere) gehen durch eine Vernetzungsreaktion aus einer Lösung oder Schmelze der Komponenten eines Härtungsprozesses hervor. Duroplast sind bei hohen Temperaturen, sowie chemisch und mechanisch Beständig. Deshalb bestehen Treetboote aus einem Duroplast-Rumpf.

Elastomere (weitmaschig vernetzt) sind flexibel. Ihre Form können sie durch Dehnung oder Druck kurzzeitig verändern. Die ursprüngliche Form nehmen sie nach Beendigung von Dehnung und Druck schnell wieder an. In den meisten Lösungsmitteln sind Elastomere nicht löslich. Außerdem werden sie durch Erwärmung nicht weich.

Thermoplastische Elastomere (Elastoplaste bzw. TPE) werden hingegen beim Erhitzen verformbar. Zwischen den Eigenschaften von Thermoplasten und Duroplasten, sind die des Elastoplastes einzuordnen. 1965 entwickelte Shell Blockcopolymere aus Polyolefinen und Styrol.

Ein weltweit standardisiertes Kurzzeichensystem bezeichnet die einzelnen Kunststoffe. Für Deutschland sind es die DIN ISO 1629 (Kautschuke) und DIN EN ISO 1043 Teil 1.