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Glasfaser

Glasfaser

Glasfasern sind lange, dünne Fasern, die aus Glas bestehen. Zur Herstellung von Glasfasern zieht man geschmolzenes Glas auseinander. Glas Glasfasern werden in Glasfaserkabeln zur Datenübertragung, oder als Textilfasern zur Wärme- und Schalldämmung und für glasfaserverstärkte Kunststoffe eingesetzt. Diese zählen heute zu den wichtigsten Konstruktionswerkstoffen, sie sind alterungs- und witterungsbeständig, chemisch resistent und nicht brennbar, sie besitzen einen hohen Elastizitätsmodul, der die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen verbessert.

Geschichte der Glasfaser

Ursprung war die Fähigkeit von Glasbläsern aus dem Thüringer Wald, bereits im 18. Jahrhundert sogenanntes Feen- oder Engelshaar herzustellen. Erst nur als Dekorationsmittel genutzt, wurde das ganze Potenzial mit Gründung einer Glasfabrik von Hermann Schuller im thüringischen Haselbach, langsam entdeckt (1896). Dort wurden erstmals spinnbare Glasfäden mit genau definiertem Durchmesser sozusagen als "Rollenware" hergestellt. Dieses Verfahren wurde in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts als Stabtrommelabziehverfahren zum Patent angemeldet.

Nutzung der optischen Eigenschaften

Glasfasern werden unter anderem dazu verwendet, Licht zu leiten (siehe Glasfaserkabel). Dies geschieht z. B. bei der optischen Datenübertragung mithilfe des Effektes der Totalreflexion. Eine zylindrische Glasfaser ist dabei von einem Medium mit geringerer Brechzahl und einer Schutzhülle umgeben. Innerhalb der Grenzfläche zwischen den beiden transparenten Medien mit unterschiedlicher Brechzahl wird das Licht nahezu verlustfrei reflektiert und somit geleitet. Moderne Glasfasern benutzen für die Lichtleitung auch sogenannte photonische Kristalle. Die Lichtimpulse gehen dabei von einem kleinen Laser aus. Dieser sendet dann verschiedene Informationen in Form von Bits durch das Glasfaser. Auf der anderen Seite werden die Daten von einer Photozelle aufgefangen und verarbeitet. Glasfaser hat den gegenüber herkömmlichen Kabeln aus Kupfer den Vorteil, dass es Signale breitbandiger (mehr Information pro Zeit) und verlustärmer leiten kann. Dies ist beim Internet, welches sehr stark durch die hohe Anzahl der User belastet wird, sehr wichtig.

Kunst

Eine eher spezielle Anwendung sind gewobene Glasfasern, deren Ende mit Leuchtdioden bestrahlt werden. Derartige Gewebe leuchten an den Stellen, wo die Glasfasern gebrochen sind. Sie können für Vorhänge und trendige Kleider verwendet werden...

Nutzung der mechanischen Eigenschaften

Leuchtdiode Für textile Anwendungen liegen die Glasfasern meistens als Roving, Vliesstoff oder als Gewebe vor. Für Profile verwendet man hingegen unidirektionale (nur in eine Richtung verlaufende) Fasern, so werden zum Beispiel Sportpfeile für das Bogenschießen aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Da Glasfasern sehr kerbempfindlich sind, werden sie bei der Herstellung bzw. vor dem Verweben mit einer Schlichte versehen. Diese Schlichte (z. B. eine Silanschlichte) dient zusätzlich als Haftvermittler. Sie kann bis zu 2 Masseprozent ausmachen, liegt häufig bei 0,3 bis 0,8 %. Glasfasern zeigen nur eine sehr geringe Kriechneigung und nehmen nur sehr wenig Feuchte auf.

Festigkeit

Die hohe Festigkeit der Glasfaser beruht auf dem Größeneffekt. Durch die Faserform ist die Fehlstellengröße in der Faser kleiner als im kompakten Werkstoffvolumen. Gleichzeitig steigt die fehlerfreie Länge in der Faserform an. Dadurch ist die Festigkeit der Glasfaser gegenüber dem kompakten Werkstoff größer. Die Bruchdehnung einer einzelnen Faser kann bis zu 5 % betragen. Die Zug- und Druckfestigkeit der Glasfaser sorgt für eine besondere Aussteifung des Kunststoffes bei gleichzeitiger Erhaltung einer gewissen Flexibilität dank der (verglichen mit Stahl) hohen Bruchdehnung.

Steifigkeit

Der Elastizitätsmodul von Glasfasern unterscheidet sich nur wenig von dem eines kompakten Werkstoffvolumens aus Glas. Anders als Aramidfasern oder Kohlenstofffasern hat die Glasfaser eine amorphe Struktur. Die Glasfaser hat darum isotrope mechanische Eigenschaften. Glasfasern verhalten sich bis zum Bruch ideal linear elastisch. Sie weisen nur eine sehr geringe Werkstoffdämpfung auf. Der hohe Elastizitätsmodul bleibt in realen Bauteilen (glasfaserverstärkter Kunststoff) jedoch nicht erhalten, da die Glasfasern mit nachgiebigen Kunststoffen gemischt werden. Der Elastizitätsmodul der reinen Glasfaser liegt etwa in der Größenordnung von Aluminium.

Arten von Verstärkungsfasern

- E-Glas (E=Electric): gilt als Standardfaser, ca. 90 % des Marktes, wird in basischer Umgebung angegriffen.
- S-Glas (S=Strength): Faser mit erhöhter Chemikalienbeständigkeit
- R-Glas (R=Resistant): Faser mit erhöhter Festigkeit und Beständigkeit
- C-Glas (C=Corrosion): Faser mit besonders hoher Korrosionsbeständigkeit
- ECR-Glas (E-Glass Corrosion Resistant): besonders säurebeständiges E-Glas
- D-Glas (D=Dielectric): Faser mit niedrigem dielektrischen Verlustfaktor, z. B. die Radome einer Radarstation
- AR-Glas (AR=Alkaline Resistant): Für die Anwendung in Beton entwickelte Faser, die mit Zirkonium angereichert ist. Sie ist gegenüber einer basischen Umgebung weitgehend resistent.
- Hohlglasfasern: Fasern (meist E-Glas) mit einem Hohlquerschnitt

Anwendung von Verstärkungsfasern

Glasfasern werden Beton beigemischt, wo sie als Bewehrung dienen. Glasfaserverstärkter Beton wird bei Wellplatten, Fassadenplatten oder bei verlorenen Schalungen eingesetzt. Ebenso wird Glasfaser im Estrich verwendet. Außerdem wird Feinbeton mit Glasfasertextilien bewehrt, was den Namen textilbewehrter Beton hat. Eine große Bedeutung haben Glasfasern in glasfaserverstärktem Kunststoff (GfK) in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Automobiltechnik. In der Luft- und Raumfahrt werden aus Langglasfasern überwiegend tragende Strukturen gebaut (z. B. Schleicher ASK 21). In der Automobilindustrie werden zur Zeit Langglasfasern noch hauptsächlich zur Versteifung von thermoplastischen Bauteilen (z. B. Verkleidungen) genutzt. Es geht aber hier ein Trend zu tragenden Bauteilen. In der Verfahrenstechnik werden Glasfasern hauptsächlich in gewickelten Rohren genutzt. Hier zeichnet sich die Glasfaser hauptsächlich durch ihre sehr gute Medienbeständigkeit und ihre elektrische Isolierwirkung aus. In der Elektrotechnik werden Glasfasern als Verstärkungsfasern in Platinen oder in elektromagnetisch transparenten Verkleidungen genutzt. Es kommt die Hochspannungstechnik hinzu, die die hohen Festigkeiten und die Isolierwirkung der Fasern in Isolatoren nutzt.

Siehe auch

- Faserverbundwerkstoff
- Faseroptik
- Lichtleiter Kategorie:Glas Kategorie:Textilindustrie Kategorie:Faser Kategorie:Telekommunikation ja:グラスファイバー

Faser

Eine Faser ist ein im Verhältnis zur Länge dünnes und flexibles Gebilde. Fasern können keine Druck-, sondern nur Zugkräfte aufnehmen, da sie bei Druckbelastung knicken. In Natur und Technik kommen Fasern allermeistens in einem größeren Verbund vor, sie bilden eine bestimmte Struktur. Fasern kommen in Natur und Technik häufig vor, da zwei Phänomene zu beobachten sind:
- Eine Struktur aus Fasern ist stabiler als eine Konstruktion der gleichen Form und dem gleichen Werkstoff "aus dem Vollen".
- Zwei Fasern sind zusammen verdreht stärker als beide einzeln. Fasern grenzen sich von Stäben wegen ihrer mangelnden Biege- und Knicksteifigkeit ab, von Drähten unterscheidet sie der geringere Durchmesser.

Einteilung

Fasern können nach ihrer Herkunft, Länge, Beschaffenheit oder gar ihrer Verwendung eingeteilt werden. Fasern begrenzter Länge sind Stapelfasern, im Prinzip unendlich lange Fasern Filamente. Gerade im deutschsprachigen Raum herrscht eine gewisse Verwirrung um Ausdrücke. DIN 60000 und 60001 führen den Begriff Chemiefaser als Übersetzung des englischen Ausdrucks man-made fibre ein. Diese Übersetzung ist problematisch, da der Mensch auch rein physikalische Effekte zur Herstellung von Fasern ausnutzen kann (Beispiel Glasfasern). Der Ausdruck Chemiefaser sollte auch daher nicht verwendet werden, da alle Fasern eine chemische Zusammensetzung haben. So besteht Baumwolle etwa aus Zellulose – genau wie die vom Menschen hergestellte Viskose. An dieser Stelle sollen die Fasern daher in Naturfasern und Kunstfasern (engl.: man-made fibres) eingeteilt werden. Als Kunstfasern sind demnach sowohl Fasern aus nativen (pflanzlichen oder animalischen) wie auch synthetischen Polymeren zu verstehen. Diese Einteilung ist an ISO 6938 und 2076 angelehnt. Fasern können durch die unterschiedliche qualitative (Brennprobe) und quantitative Methoden bestimmt werden. Bei der Brennprobe wird die Flamme (Rußentwicklung), der Geruch, der pH-Wert des Rauchs und die Konsistenz des Rückstands beobachtet.

Naturfasern

Pflanzenfasern

Pflanzenfasern kommen bei Pflanzen als Leitbündel im Stengel oder Stamm und als Samen-Fortsätze vor. Hier eine Liste mit der gültigen DIN-Kurzbezeichnung
- Samenfasern
- Baumwolle (CO)
- Kapok (KP)
- Bastfasern
- Brennnessel, siehe auch Nesseltuch
- Hanf (HA)
- Jute (JU)
- Leinen (Flachs) (LI)
- Ramie (RA)
- Hartfasern
- Holzfasern
- Sisal (SI)
- Fruchtfasern
- Kokos (CC)

Fasern tierischen Ursprungs

Bei Tieren bilden die Haarfollikel Fasern. Ausnahmen sind Seide (Verpackung der Raupen) und Muskelfasern, quasi-zelluläre kontraktile Bestandteile des Muskels. Fasern die sich textil nutzen lassen sind:
- Wollen und feine Tierhaare
- Wolle von Schafen (WO) (Schurwolle WV) wird meist durch jährliches Scheren gewonnen und auch als Schurwolle bezeichnet.
- Alpaka, Lama, Vikunja, Guanako sind die Haare von den gleichnamigen Lamaarten bzw. Schafkamelen. Die Haare sind fein, weich, glänzend und wenig gekräuselt.
- Angora (WA) (Haare vom Angorakaninchen), Kanin (gewöhnliche Kaninchenhaare) sind sehr fein, glatt und sehr leicht. Da sie Wasserdampf gut aufnehmen sind Stoffe aus Kanin sehr warmhaltend und rheumalindernd.
- Kaschmir (WS) gewinnt man durch Auskämmen und sortieren der Flaum- oder Grannenhaare der Kaschmirziege. Diese Haare sind so fein wie die feinste Merinowolle und Bekleidung aus Kaschmir ist deshalb fein, weich, leicht und glänzend.
- Kamelhaar (WK) ist das Flaumhaar der Kamele, die Tiere werfen es jährlich ab. Es ist sehr fein, weich und leicht gekräuselt und beigebraun.
- Mohair (WM) bezeichnet die Haare der Angora- oder Mohairziege. Sie sind lang, leicht gelockt und glänzend. Ihre Farbe ist weiß und sie filzen kaum.
- Grobe Tierhaare
- Ziegenhaar
- Rinderhaar Hier haben vor allem die Haare des Yaks eine textile Bedeutung.
- Rosshaar ist sehr grob und wurde früher als Polster und Füllung von Matratzen verwendet.
- Seiden
- Maulbeerseide (SE) (Zuchtseide) wird aus dem Kokon des Maulbeerspinners, der Seidenraupe gewonnen.
- Tussahseide (ST) (Wildseide) wird aus dem von Bäumen und Sträuchern gesammelten Kokon des wildlebenden Tussahspinners hergestellt. Da hier der Schmetterling meist ausgeschlüpft ist, sind die Fasern kürzer und nicht abhaspelbar. Eine Zucht des Tussahspinners ist bisher nicht gelungen.
- Muschelseide, römische Byssus

Mineralfasern geologischen Ursprungs

Mineralfasern (Fasern ohne organisch gebundenen Kohlenstoff) kommen natürlich praktisch nur in dieser Form vor:
- Asbest (AS)

Chemiefasern, synthetics

Es existiert eine sehr große Anzahl Handelsnamen und ehemaliger Handelsnamen, die durchwegs bekannter sind als ihre chemische Zusammensetzung. Die meisten Chemiefasern sind Polymere:

Fasern aus natürlichen Polymeren

- Zellulosische Fasern
- Viskose (CV) wird nach dem Viscoseverfahren aus reiner Zellulose, hauptsächlich aus Buchenholz gewonnen, hergestellt.
- Modal (CMD) wird nach dem modifizierten Viscoseverfahren hergestellt und hat deshalb eine höhere Festigkeit als Viskose im trockenen und nassen Zustand.
- Cupro (CUP) wird nach dem Kupferoxid-Ammoniak-Verfahren hergestellt.
- Acetat (CA) wird im Trockenspinnverfahren aus in Aceton gelöstem Zelluloseacetat ersponnen (siehe Acetat-Fasern)
- Triacetat (CTA) wird ebenfalls aus Zelluloseacetat hergestellt, hier wird jedoch in Dichlormethan gelöst.
- Papierfasern
- Cellulon
- Gummifasern
- Gummi
- Pflanzeneiweißfasern
- Tiereiweißfasern
- Kasein, Handelsnamen Lanital, Tiolan, Aralac

Fasern aus synthetischen Polymeren

- Polykondensationsfasern
- Aramid, Handelsnamen Kevlar, Nomex, Twaron hat eine sehr hohe Reißfestigkeit und wird für technische Textilien benützt.
- Polyamid (PA), Handelsnamen Nylon, Perlon, Dederon ist sehr elastisch und knittert wenig. Polyamid lässt sich durch Hitze dauerhaft verformen, dies wird beim Thermofixieren ausgenutzt.
- Polyester (PES) Handelsnamen Diolen, ... zeigt vielseitige Eigenschaften und nimmt deshalb eine Spitzenposition unter den synthetischen Fasern ein. Die Polyesterfaser ist sehr reiß- und scheuerfest und nimmt kaum Feuchtigkeit auf.
- Polymerisationsfasern
- Polyethylen (PE), Handelsname Dyneema
- Polyacrylnitril (PAN) weist einen wollähnlichen Griff und gute Licht- und Chemikalienbeständigkeit auf, Handelsname z.B. Dralon
- Polypropylen (PP) leichteste Textilfaser überhaupt, mit guter Scheuerfestigkeit und praktisch keiner Wasseraufnahme, durch Kochfestigkeit gute Pflegeeigenschaften, elastisch, im Sportfunktions- und Unterwäschebereich häufig eingesetzt, Handelnamen z.B. Polycolon
- Modacryl sind veränderte Acrylfasern und unter anderem flammhemmend. Sie werden deshalb zu Schutzbekleidung verarbeitet.
- Polyvinylchlorid (Bei Fasern CLF sonst PVC) ist gut warmhaltend und wird für Rheumawäsche eingesetzt.
- Polytetrafluorethylen, Handelsnamen Teflon ist wasserabweisend und kaum färbbar. Es wird als Folie mit Mikroöffnungen in Wetterschutzbekleidung, Handelsname Gore-Tex verarbeitet.
- Polyethylenterephthalat, ein thermoplastisches Polyester, Handelsnamen Trevira
- Polyadditionsfasern
- Polyurethan (EL) als Elastomer, Handelnamen Spandex, Lycra, Elastan, Dorlastan. Elastan besteht aus mindestens 85% Polyurethan und hat eine sehr hohe elastische Dehnung. Da es in Vergleich zu Gummi gut anfärbbar ist, wird es meist in Verbindung mit anderen Fasern für dehnbare Gewebe, Badebekleidung und Strümpfe, eingesetzt. Elastodien hat für den textilen Einsatz praktisch keine Bedeutung.

Anorganische Chemiefasern

- Glasfasern (GF) sind nur sehr wenig dehnbar und spröde. Sie werden u.a. in Dekostoffen und für die Inneneinrichtung benützt. In großem Maße werden sie zur Verstärkung von Kunststoffen und in technischen Textilien eingesetzt.
- Kohlenstofffasern (CF) sind sehr leicht und haben eine hohe Festigkeit. Sie werden ebenfalls zur Verstärkung von Kunststoffen und in technischen Textilien eingesetzt.
- Metallfaser (MTF), sehr dünner Draht
- Keramikfasern bilden eine spezielle Klasse von anorganischen Fasern. Sie bestehen aus einer faserförmigen Keramikstruktur. Sie kommen als oxidische (Aluminiumoxide, Mullite, Yttriumoxide) und nichtoxidische (SiC, SiCN, SiBCN) Fasertypen vor. Ihr Haupteinsatzgebiet liegt bei Hochtemperaturanwendungen für Dämmstoffe (bei Kurzfasern) und als Verstärkungsfasern in hochbelasteten Kompositen.
- Nanotubefasern bestehen nahezu vollständig aus Kohlenstoffnanoröhren (engl. nanotubes). Sie besitzen sehr hohe Festigkeiten und sind noch in einem frühen Entwicklungsstadien. Die NASA untersucht deartige Fasersysteme zum Bau von Weltraumliften.

Fasermischungen

Es ist heute üblich, für textile Anwendungen Fasern zu mischen. Ziel ist immer, ein besseres Garn zu bekommen. Hier wird einerseits versucht, bessere Gebrauchseigenschaften, bessere bekleidungsphysiologische oder bessere Pflegeeigenschaften zu erhalten. Auf der anderen Seite versucht man eine Veränderung des Aussehens oder eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Von der Verarbeitung sind Gemische schwieriger zu handhaben als pure Fasern.
- Vigogne ist eine Mischung aus Wolle und Viskose

Textile Eignung

Fasern, die zu Kleidern verarbeitet werden sollen, sollten einen Durchmesser kleiner als 10 Mikrometer haben, da sie sich sonst unangenehm hart anfühlen. Daher werden sämtliche Bastfasern heute nicht mehr für Kleider verwendet, sondern für technische Textilien wie Verpackungen oder Dämmmatten. Kunstfasern aus Polymeren eignen sich sehr gut für Textilien, für Kleidung wie für technische Anwendungen. Da die Fasern eigens hergestellt werden, kann ihre Form, Dicke und Länge fast frei gewählt werden. Glasfasern und Kohlenstofffasern werden zu Gewebe (Textil), zu Gewebe (Technik) oder zu Vliesstoff verarbeitet; meist um sie später zu nichttextilen Faserverbundwerkstoffen weiterzuverarbeiten, selten um sie direkt in dieser Form einzusetzen. Beispielsweise werden Glasfasergewebe als temperaturbeständige Isolierung für Kabel eingesetzt. Dünne Metalldrähte spielen eine erhebliche Rolle bei der Herstellung von Kabeln, wo sie meist geflochten werden. Sollen Fasern textil verwendet werden, müssen sie gesponnen werden. Ausnahme: Vliesstoff und Filamente.

Siehe auch

- Faser (Mathematik)

Weblinks

- [http://www.stofflexikon.com Stofflexikon]
- [http://www.dfv-fachmedien.com/cfl/lexicon.php Chemiefaserlexikon]
- [http://www.hausarbeiten.de/download/20415.pdf Chemie der Textilfaser (pdf)] Kategorie:Zellbiologie ! ja:繊維

Glasfaserkabel

lichtwellenleiterBild:Fibreoptic.jpg|thumb|right|200px|Glasfaserkabel

Textilfaser

Einteilung

Naturfasern

Pflanzenfasern

Fasern tierischen Ursprungs

Mineralfasern geologischen Ursprungs

Mineralfasern (Fasern ohne organisch gebundenen Kohlenstoff) kommen natürlich praktisch nur in dieser Form vor:
- Asbest (AS)

Chemiefasern, synthetics

Es existiert eine sehr große Anzahl Handelsnamen und ehemaliger Handelsnamen, die durchwegs bekannter sind als ihre chemische Zusammensetzung. Die meisten Chemiefasern sind Polymere:

Fasern aus natürlichen Polymeren

Fasern aus synthetischen Polymeren

Anorganische Chemiefasern

Fasermischungen

Textile Eignung

Siehe auch

- Faser (Mathematik)

Weblinks

Schalldämmung

Unter Schalldämmung (auch Schallisolierung) wird eine Behinderung der Schallausbreitung von Luftschall oder Körperschall durch schallreflektierende Hindernisse verstanden, das heißt durch Schallreflexion, des sich ausbreitenden Schalls an einzelnen Unstetigkeitsstellen. Die Reflexion wird angegeben als Schallreflexionsfaktor r oder als Schallreflexionsgrad σ. Der Schallreflexionsfaktor r ist gegeben durch den Quotienten aus dem Schalldruck einer reflektierten Schallwelle und dem Schalldruck der einfallenden Welle. Der Reflexionsgrad entspricht dem Quadrat des Reflexionsfaktors. Je größer der Reflexionsfaktor, desto stärker ist die schalldämmende Wirkung. Dies wird in der Praxis durch einen möglichst großen Impedanzsprung an der reflektierenden Grenzfläche erreicht. Ein Beispiel wäre eine schalldämmende Übungskabine für Musiker, bei der durch Trennflächen der Schalldurchgang verhindert wird. Ein spezieller Fall von Schalldämmung ist die sogenannte Trittschalldämmung in der Bauakustik. Trittschall entsteht ursächlich durch Körperschall (Schritte, Fußtritte, Klopfen), der seinerseits Wände oder Decken zur Abstrahlung von Luftschall anregt. Eine wirksame Schrittschalldämmung kann durch körperschalldämmende ("schwimmender Estrich") oder durch luftschalldämmende Maßnahmen (abgehängte Unterdecken) herbeigeführt werden. Die Begriffe Schalldämmung und Schalldämpfung werden in der Praxis der Akustik wenig sorgfältig auseinander gehalten und auch verwechselt. Manchmal ist eine Trennung auch nicht möglich, da beide Vorgänge gleichzeitig oder miteinander verkoppelt auftreten.

Siehe auch

Schalldämpfung, Schallabsorption Kategorie:Akustik

Glasfaserverstärkter Kunststoff

Glasfaserverstärkter Kunststoff, kurz GFK, ist ein Faser-Kunststoff-Verbund aus einem Kunststoff (z. B. Polyesterharz, Epoxidharz oder Polyamid) und Glasfasern. GFK ist auch unter der Bezeichnung Fiberglas bekannt. Fiber kommt hier aus dem Englischen (fibre, amerikanisch: fiber) und bedeutet Faser. Er ist der am häufigsten eingesetzte langfaserverstärkte Kunststoff.

Eigenschaften und Anwendungsgebiete

Glasfaserverstärkter Kunststoffe sind, inbesondere im Kombination mit thermoplastischen Matrixsystemen ein kostengünstiger Faser-Kunststoff-Verbund. In mechanisch hochwertigen Anwendungen findet sich der glasfaserverstärkte Kunststoff ausschließlich in der Form von Endlosfasern in Geweben und UD-Bändern. Verglichen mit Faser-Kunststoff-Verbunden aus anderen Vertärkungsfasern hat der glasfaserverstärkte Kunststoff einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul. Selbst in Faserrichtung liegt er unter dem von Aluminium. Bei hohen Steifigkeitsanforderungen ist glasfaserverstärkter Kunststoff daher nicht geeignet. Ein großer Vorteil der Glasfaser, im Verbund mit einer Kunststoffmatrix, liegt jedoch in der hohen Bruchdehnung. Dieser Vorteil kann der Glasfaserverbund besonders in Blattfedern und ähnlichen Bauteilen zur Wirkung bringen. Bei Einsatz einer geeigneten Matrix zeigt der glasfaserverstärkte Kunststoff ein ausgezeichnetes Korrosionverhalten, auch in agressiver Umgebung. Dies macht den glasfaserverstärkten Kunststoff zu einem geeigneten Werkstoff für Behälter im Anlagenbau oder auch für Bootsrümpfe. Die, verglichen mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, hohe Dichte kann bei diesen Anwendung ohne Einschränkungen akzeptiert werden. Die gute elektrische Isolationswirkung, bei geeignetem Matrixsystem, macht den glasfaservertärkten Kunststoff zu einem geeigneten Werkstoff der Elektrotechnik. Besonders Isolatoren, die hohe Lasten übertragen müssen, werden aus glasfaservertärktem Kunststoff gefertigt.

Typische Bauteile

kurz- und langfaserverstärkte Bauteile

Kurzfaserverstärkte Bauteile finden vor allem Verwendung als Verkleidungen, oder werden wegen der guten Formbarkeit und großen Gestaltungsfreiheit hergestellt. Kurzfaserverstärkte Bauteile weisen meist ein quasiisotropes Verhalten auf, da die Kurzfasern zufällig verteilt vorliegen. Eine schwach ausgeprägte Orthotropie kann beim Spritzguss von kurzfaserverstärkten Thermoplasten entstehen. Die Fasern orientieren sich dabei entlang der Fließlinien. Die Beimischung von Kurzglasfasern zu Thermoplasten verbessert deren Steifigkeit, Festigkeit und insbesondere deren Verhalten bei hohen Temperaturen. Das Kriechen kurzfaserverstärkter Thermoplaste ist geringer als die des Grundmaterials.

Endlosfaserverstärkte Bauteile

Endlosfaserverstärkte Bauteile werden mit definierten Materialeigenschaften hergestellt. Immer häufiger finden sie Verwendung im Leichtbau.
- GFK aus Geweben oder Gelegen
- GFK aus Rovings oder unidirektionalen Geweben/Gelegen (hergestellt im Strangziehverfahren)
- Mischformen aus den oben genannten Arten

Typische Anwendungsbeispiele

Spoiler für Autos, Front-, Heckklappen, Kotflügel und Dachmodule für PKW, Cabrio-Hardtops, Ölwannen für Nutzfahrzeuge, Windabweiser für Nutzfahrzeug-Zugmaschinen (Dach- und Seitenspoiler), Nutzfahrzeug-Stoßfänger, -Einstiege, -Kotflügel, -Seitenverkleidungen, -Frontklappen, etc., Zugverkleidungen, Kühlwaggons, Rotorblätter für Hubschrauber und Windenergieanlagen, Sportboote, Caravans, Segelflugzeuge, Zeltgestänge bis hin zu Fußgängerbrücken, Leuchttürme oder Rohrleitungssystemen und Behältern im Kraftwerksbau und der chemischen Industrie sowie Werbe- bzw Dekorationsfiguren

Siehe auch

- Faserverbundwerkstoff
- Faser-Kunststoff-Verbund Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) Kategorie:Verbundwerkstoff

Haselbach

Haselbach ist der Name verschiedener Orte oder Gewässer:
- in Deutschland
- die Gemeinde Haselbach im Landkreis Altenburger Land in Thüringen, siehe: Haselbach bei Altenburg
- die Gemeinde Haselbach im Landkreis Straubing-Bogen in Bayern, siehe: Haselbach (Niederbayern)
- ein Ortsteil der Gemeinde Pfaffroda im Mittleren Erzgebirgskreis in Sachsen
- ein Ortsteil der Gemeinde Oberland am Rennsteig im Landkreis Sonneberg in Thüringen
- ein Ortsteil der Gemeinde Rhönblick im Landkreis Schmalkalden-Meiningen in Thüringen
- ein Ortsteil der Gemeinde Alfdorf im Rems-Murr-Kreis in Baden-Württemberg
- der Haselbach in Sachsen, ein Nebenfluss des Saidenbaches und der Flöha
- der Nebenfluss der Pulsnitz.
- Nebenfluss der Großen Striegis in Sachsen
- in Österreich
- die Katastralgemeinde Haselbach (Gemeinde Arbesbach) in Niederösterreich
- die Katastralgemeinde Haselbach (Gemeinde Niederhollabrunn) in Niederösterreich
- die Katastralgemeinde Haselbach (Gemeinde Weißenkirchen) in Niederösterreich
- die Katastralgemeinde Haselbach (Gemeinde Deutsch Goritz) in der Steiermark
- die Katastralgemeinde Haselbach (Gemeinde Pitschgau) in der Steiermark
- die Katastralgemeinde Haselbach (Gemeinde Brodingberg) in der Steiermark
- die Ortschaft Haselbach (Gemeinde Kapfenstein) in der Steiermark siehe auch Hasselbach

Datenübertragung

Im weitesten Sinn zählen alle Methoden, die Informationen von einem Ort zum anderen bringen können - von Brieftauben, Rauchzeichen, Fackelsignale, Fahrradkurieren, Post, bis hin zum Alphorn - zur Datenübertragung. Auch im Computer selbst findet laufend Datenübertragung statt, zum Beispiel von der Festplatte in den Arbeitsspeicher. Die ersten Versuche, Computer zwecks Datenaustausch zu verbinden, gibt es sicherlich bereits seit geraumer Zeit. Zu Anfang waren dies häufig direkte Verbindungen (ähnlich der heutigen seriellen Schnittstelle oder der parallelen Schnittstelle) mit speziellen Link-Programmen. Später erfolgte die Datenübertragung über Telefonleitungen mit Akustikkoppler oder Modems und einfachen Protokollen wie XMODEM, YMODEM, ZMODEM oder sealink-Protokoll. Diese wurden später durch bidirektional arbeitende Protokolle wie Hydra oder Janus ergänzt, die die gleichzeitige Übertragung von Dateien in beide Richtungen ermöglichen. Dabei wurden im Wesentlichen nur Daten im Sinne von Dateien übertragen. Eine erste Vernetzung erfolgte über Mailboxen. Datenübertragung ist heute in der Regel netzwerkbasiert. Dabei wird fast immer das TCP/IP-Protokoll verwendet, auch wenn dieses, bei Modem-Verbindungen, in den Protokollen der niederen Übertragungsschichten (vgl. OSI-Modell) verpackt wird. Geht die Datenübertragung über ein eigenes Netzwerk hinaus und erfolgt die Verbindung mit einem anderen Netzwerk nur zeitweise und verwendet man es hauptsächlich zur Dateiübertragung, so spricht man oft von einer Datenfernübertragung.

Siehe auch

- ARQ-Protokolle
- Local Area Network (LAN)
- Metropolitan Area Network (MAN)
- Wide Area Network (WAN)

Weblinks

Kategorie:Nachrichtentechnik

Totalreflexion

Die Totalreflexion ist ein optisches Phänomen, bei dem Licht beim Auftreffen auf eine Grenzschicht zwischen zwei Medien mit verschiedenen Brechzahlen nicht gebrochen, sondern vollständig reflektiert wird.

Physik der Totalreflexion

Man spricht von einer Totalreflexion, wenn ein Lichtstrahl vollständig reflektiert wird. Dies geschieht immer dann, wenn ein Lichtstrahl von einem optisch dichteren Stoff auf die Grenzfläche zu einem optisch dünneren Stoff fällt und dabei der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel ist. Der Grenzwinkel wird daher auch „Grenzwinkel der Totalreflexion“ genannt. Totalreflexion tritt nur dann auf, wenn der Winkel des einfallenden Lichtes zum Einfallslot, der sogenannte Einfallswinkel

\theta

, größer als der sogenannte Grenzwinkel der Totalreflexion :

\theta_ = \arcsin\!\left(\frac\right)

ist, und die Brechzahl des ersten Mediums

n_1

größer ist als die des zweiten Mediums

n_2

n_1 > n_2

Für Einfallswinkel, welche größer als

\theta_c

sind, müsste der Ausfallswinkel gemäß dem Snelliusschen Gesetz größer als 90 Grad werden, was allerdings im Widerspruch zur Voraussetzung steht, nämlich dass der ausfallende Strahl immer durch die Oberfläche hindurchgeht. Daher wird das Licht vollständig reflektiert. Snelliusschen Gesetz Zwei Lichtstrahlen treffen auf eine Grenzfläche. Sie sind farbig markiert, um sie unterscheiden zu können. Auf die Farbe kommt es bei der Totalreflexion nicht an, sofern man die Dispersion außer Acht lässt. Innerhalb des dunkelblauen Bereichs sei die Brechzahl

n_1

größer als die Brechzahl im hellblauen Bereich

n_2

. Für den rot gezeichneten Strahl gelte:

\theta_1<\theta_

, d.h. er wird nicht total reflektiert und ein Teil des Lichtes tritt auf der anderen Seite der Oberfläche aus. Für den grün gezeichneten Strahl gelte:

\theta_2>\theta_c

, d.h. er wird total reflektiert.
Das Gegenteil der Totalreflexion tritt bei einem speziellen Winkel auf, dem sog. Brewster-Winkel. Unter diesem Winkel auftreffendes Licht kann unter gewissen Voraussetzungen nicht reflektiert werden.

Totalreflexion in der Natur

Die Totalreflexion ist Ursache für Naturerscheinungen wie die Fata Morgana. Scheinbar nasse Straßen in der Sommerhitze hat gewiss schon jeder beobachtet. Für solche Phänomene sind Spiegelungen, also Totalreflexionen, zwischen kühlen und heißen Luftschichten verantwortlich. Auch das Funkeln von geschliffenen Diamanten ist der Totalreflexion zuzuschreiben. Wegen der hohen Brechzahl von Diamant kommen Lichtstrahlen zwar leicht in den Edelstein hinein, aber erst nach einer mehr oder minder großen Zahl von Totalreflexionen wieder aus dem Stein hinaus.

Anwendungen der Totalreflexion

Die Totalreflexion wird z.B. in Glasfasern und Umlenkprismen angewendet, um das Licht nahezu verlustfrei in die gewünschte Richtung zu lenken. Umlenkprismen Auch für Strahlteiler kann die Totalreflexion nutzbar gemacht werden. Hier bedient man sich allerdings der frustrierten Totalreflexion (Abk. FTIR="engl". frustrated total internal reflection): Unmittelbar hinter der ersten Grenzfläche, d.h. in einem Abstand, der maximal so groß wie die Wellenlänge des Lichtes ist, befindet sich eine zweite Grenzfläche zu einem Material, das wieder die Brechzahl

n_1

besitzt. Das elektromagnetische Feld des Lichtes dringt über eine kurze Distanz in den Bereich mit der Brechzahl

n_2

ein und kann die zweite Grenzfläche erreichen, allerdings abgeschwächt. Im Endeffekt teilt sich der Strahl auf: ein Teil breitet sich in der ursprünglichen Richtung weiter aus, während ein anderer Teil reflektiert wird. Wieviel Licht reflektiert bzw. transmittiert wird hängt von der Dicke der Schicht mit dem Brechzahl

n_2

ab. Im Bild sind die Wellenfronten als schwarze Linien eingezeichnet. Die Beugung des Lichtes ist der Einfachheit wegen vernachlässigt, obwohl sie bei dem in der Zeichnung verwendeten Verhältnis Wellenlänge/Strahldurchmesser eine bedeutsame Rolle spielen würde.

Siehe auch

- Reflexion
- Portal:Physik
- Evaneszente Welle Kategorie:Optik Kategorie:Elektrodynamik ja:全反射

Photonischer Kristall

Photonische Kristalle bestehen aus strukturierten Halbleitern, Gläsern oder Polymeren und zwingen das Licht mittels ihrer spezifischen Struktur dazu, sich in der für die Bauteilfunktion notwendigen Art und Weise im Medium auszubreiten. Dadurch wird es möglich, Licht auf Abmessungen, welche in der Größenordnung der Wellenlänge liegen, zu führen. In physikalischer Ausdrucksweise sind es periodische dielektrische Strukturen, deren Periodenlänge so eingestellt wurde, dass sie die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in ähnlicher Weise beeinflussen wie das periodische Potential in Halbleiterkristallen die Ausbreitung von Elektronen. Sie zeigen daher einzigartige optische Eigenschaften, wie beispielsweise Bragg-Reflexion von sichtbarem Licht. Insbesondere entsteht analog zur Ausbildung der elektronischen Bandstruktur eine photonische Bandstruktur, die Bereiche verbotener Energie, in denen sich elektromagnetische Wellen nicht innerhalb des Kristalls ausbreiten können (photonische Bandlücken, PBG = englisch: photonic bandgap). Photonische Kristalle können also in gewisser Weise als das optische Analogon zu elektronischen Halbleitern, also als "optische Halbleiter" angesehen werden. Daher setzt man große Hoffnung in die Nutzung ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften, insbesondere in der Telekommunikation. Man kann mit Hilfe von photonischen Kristallen beispielsweise Wellenleiter mit sehr kleinen Kurvenradien (im Mikrometerbereich) bei geringen Verlusten, effizientere Festkörperlaser, extrem schmalbandige optische Filter, Multiplexer und verschiedene andere neuartige optoelektronische Bauelemente realisieren. Es gibt viele Photonische Kristalle in der Natur: Opal, Vogelfeder, Schmetterlinge, ... Photonische Kristalle sind eine Forschungsrichtung der Nanooptik. Photonische Kristalle wurden zuerst 1972 von Bykov beschrieben (V.P. Bykov, "Spontaneous emission in a periodic structure", Sov. Phys. JETP 35 269 (1972)) und Ende der 1980er Jahre unabhängig von E. Yablonovich und S. John mit ihren optischen Eigenschaften theoretisch berechnet (E.Yablonovitch, "[http://link.aps.org/abstract/PRL/v58/p2059 Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics]" Phys. Rev. Lett. 58, 2059 - 2062 (1987); S. John, "[http://link.aps.org/abstract/PRL/v58/p2486 Strong Localisation of Photons in Certain Disordered Dielectric Superlattices]" Phys. Rev. Lett. 58, 2486 - 2489 (1987)). Seit dieser Zeit hat die Forschungsaktivität in diesem Bereich stetig zugenommen und photonische Kristalle sind zu einem aktiven Forschungsgebiet geworden an dem weltweit viele Arbeitsgruppen an Universitäten und Forschungseinrichtungen arbeiten.

Weblinks

Ein Überblick über die aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der photonischen Kristalle kann unter folgenden Links abgerufen werden:
- [http://www.pbglink.com/ Sehr gute Zusammenstellung von Yurii Vlasov - auf englisch]
- [http://www.tf.uni-kiel.de/photonic_crystals/makeindex.html Übersicht über ein DFG Schwerpunktprogramm zum Thema] Kategorie:Kristallographie Kategorie:Optik Kategorie:Photonik Kategorie:Nanowerkstoff

Leuchtdiode

Eine Leuchtdiode (auch LED für Light Emitting Diode bzw. lichtemittierende Diode) ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement. Wird durch die Diode ein Strom in Durchflussrichtung geschickt, strahlt sie Licht ab.

Aufbau

Halbleiter Das Bild rechts zeigt den Aufbau einer Standard-Leuchtdiode (Durchmesser 5 mm). Der Halbleiterwürfel selbst wird von einem kegelförmigem Reflektor (Reflektorwanne) getragen, der gleichzeitig den einen Kontakt zum Halbleiter herstellt. Der feine Bonddraht, rechts oberhalb des Trägers als horizontale Linie erkennbar, stellt den zweiten Kontakt her. Die Kathode (−) ist durch eine Abflachung links am Gehäusesockel markiert. Bei nicht verbauten LEDs ist zudem der Anschluss der Kathode kürzer, wodurch auch die Merkregel Kathode = kurz gilt. Da auf fertigen Platinen die Bauteilanschlüsse abgeschnitten werden, kann man die Kathode dann nicht mehr daran erkennen. Die in einer Platine für die Kathode vorgesehene Bohrung ist günstigerweise durch einen Strich nahe derselben gekennzeichnet. Bei den meisten Leds ist der Reflektor die Kathode, dann gilt auch die Merkregel, dass die (technische) Stromrichtung von dem Pfeil, den die Elektrode (in der Abbildung rechts) durch ihre Form bildet, „angezeigt“ wird. In seltenen Fällen ist der Aufbau aber genau umgekehrt! Hochleistungs-LED werden mit höheren Strömen betrieben. Es entstehen besondere Anforderungen an die Wärmeableitung, die sich in speziellen Bauformen ausdrückt. Die Wärme kann entweder über die Stromzuleitungen abgeführt werden, oder der Strom wird über zwei Bonddrähte zugeführt und die Wärmeableitung über die Reflektorwanne ist davon getrennt. Die industrielle Verarbeitung von bedrahteten LED ist aufwändig und teuer. LED werden daher z.B. auch in SMD-Gehäuseform hergestellt. Eine weitere Möglichkeit ist das direkte "bonden" des LED-Chips auf der Platine (Chip on board – COB). Mehrfarbige Leuchtdioden bestehen aus mehreren (2 oder 3) Dioden in einem Gehäuse. Bei der Ausführung mit 2 Anschlüssen sind 2 LED in Gegenrichtung parallel geschaltet. Je nach Polarität leuchtet die eine oder andere Diode. Eine Wechselspannung regt beide Dioden an und erzeugt eine Überlagerungsfarbe.

Funktionsprinzip

Der Halbleiter in einer LED besteht aus einer Diode. Durch Anlegen einer äußeren Spannung in Durchlassrichtung wandern Elektronen zur Rekombinationsschicht am p-n-Übergang. Auf der n-dotierten Seite bevölkern sie das Leitungsband, um nach Überschreiten der Grenzfläche auf das energetisch günstigere p-dotierte Valenzband zu wechseln. Beispielsweise erfolgt bei Silizium-Dioden der Übergang strahlungslos durch Phononenanregung (Gitterschwingungen), das Gitter führt die Energie als Wärme ab. Gallium-Arsenid (GaAs) hingegen leuchtet. Gallium-Arsenid Die Bandstruktur des Halbleiters bestimmt das Verhalten der Energieübertragung. Im Unterschied zum sehr vereinfachten Bändermodell ist in der Grafik auf der Abszisse (x-Achse) der Impuls k aufgetragen, anschaulich vergleichbar einer reziproken Ortskoordinate. Rechts ist kein direkter Strahlungsübergang vom oberen Leitungsband auf das untere Valenzband möglich, da sich nicht nur die Energie, sondern auch der Impuls k verändert, im Gegensatz zum linken Beispiel (siehe auch Bandlücke). Die Größe der Energielücke E-E' bestimmt die Farbe des ausgesandten Lichts: : $\lambda(W_D) = \frac = \frac$ :

\lambda(W_D)

lambda: Wellenlänge des emittierten Lichtes in nm (Nano-Meter), wenn $W_D$ in eV eingesetzt wird. :h Plancksches Wirkungsquantum = 6,626 · 10^-34 J s :c Lichtgeschwindigkeit = 2,997 · 10⁸ m s^-1 :W_D Arbeit, hier: Bandlücke, angegeben in eV, abhängig vom verwendeten Halbleiterwerkstoff. Die Größe der Bandlücke und damit die Farbe lassen sich über die chemische Zusammensetzung des Halbleiters steuern. Beispielsweise hat der Halbleiter GaAs einen direkten Bandabstand von 1,4 eV, entsprechend einer Wellenlänge von 885 nm. Eine Zugabe von Phosphor vergrößert ihn, verformt aber auch das Leitungsband. Wenn Phosphor 50% der As-Atome ersetzt, liegt der Bandabstand bei fast 2 eV (650 nm). Dafür hat sich die Bandstruktur so verschoben, dass keine direkten Strahlungsübergänge mehr beobachtet werden, wie im Beispiel rechts gezeigt.
Technologie
Phosphor Durch die gezielte Auswahl der Halbleitermaterialien und der Dotierung können die Eigenschaften des erzeugten Lichtes variiert werden. Vor allem der Spektralbereich (das entspricht im sichtbaren Bereich der Farbe) und die Effizienz lässt sich so beeinflussen:
- Aluminium-Galliumarsenid (AlGaAs) – rot und infrarot, bis 1000nm Wellenlänge; Durchlass-Spannung 1,2..1,5 V
- Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs) – z. B. 665 nm, rot, LWL bis 1000 nm
- Galliumarsenid-phosphid (GaAsP) und Aluminium-Indium-Gallium-phosphid (AlInGaP) – rot, orange und gelb; Durchlass-Spannung 1,8..2,2 V
- Galliumphosphid (GaP) – grün; Durchlass-Spannung 2,2..2,4 V
- Siliziumcarbid (SiC) – erste kommerzielle blaue LED; geringe Effizienz
- Indium-Galliumnitrid (InGaN)/Galliumnitrid (GaN) – UV, blau und grün; Durchlass-Spannung 3,5..4 V Bei der Herstellung der LED-Halbleiter werden verschiedene Epitaxie-Verfahren eingesetzt.
Eigenschaften
Epitaxie Anders als Glühlampen sind Leuchtdioden keine Temperaturstrahler. Sie emittieren Licht in einem begrenzten Spektralbereich, das Licht ist nahezu monochrom. Deshalb ist z. B. der Einsatz in Signalanlagen im Vergleich zu anderen Lichtquellen, bei denen Farbfilter den größten Teil des Spektrums herausfiltern, besonders effektiv. Als Lebensdauer der LED wird die Zeit, nach der die Lichtausbeute der LED auf die Hälfte des Anfangwertes abgefallen ist, bezeichnet. Leuchtdioden werden nach und nach schwächer, fallen aber nicht plötzlich aus. Leuchtdioden sind unempfindlich gegen Erschütterungen. Sie haben keinen Hohlkörper, der implodieren kann. Die Lebensdauer hängt von dem jeweiligen Halbleitermaterial und den Betriebsbedingungen (Wärme, Strom) ab. Die angegebene Lebensdauer reicht von einigen 1000 Stunden bei 5 Watt-LED bis zu über 100000 Stunden bei mit niedrigen Strömen betriebenen LED. Hohe Temperaturen (z.B. durch hohe Ströme) verkürzen die Lebensdauer der LED drastisch. Die hohe Schaltgeschwindigkeit der LED ist z.B. bei dem Einsatz in der Optoelektronik wichtig. Leuchtdioden besitzen eine exponentiell ansteigende Strom-Spannungs-Kennlinie. Im Betrieb muss der Strom durch ein weiteres Bauelement begrenzt werden, im einfachsten Fall durch einen Widerstand oder durch eine Konstantstromquelle. Die Stromaufnahme beträgt 2 mA (typisch 20 mA) bis ca. 700 mA bei einer Spannung von 2 V bis 4 V.
Weiße LED
Um mit Leuchtdioden weißes Licht zu erzeugen, kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz:
- Drei Leuchtdioden der Farben Rot, Grün und Blau (RGB) werden zusammengeschaltet und erzeugen weißes Licht (Einsatz: Displays, Effektbeleuchtung). Das kann mit separaten LED oder mit drei LED-Chips innerhalb eines Gehäuses geschehen. Auch mit nur zwei LED in den Farben Blau und Gelb kann weißes Licht gemischt werden. Der LED-Chip wird mit Fluoreszenzfarbstoff bedeckt. Ähnlich wie bei einer Leuchtstofflampe wird kurzwelliges, energiereiches Licht in langwelliges, energieärmeres Licht umgewandelt. Bei geeigneter Wahl der Komponenten ergibt die additive Farbmischung weiß.
- Entweder wird ein Teil des Lichtes blauer LED durch einen Farbstoff in gelbes Licht umgewandelt und die Mischung ergibt weiß oder
- die Leuchtdiode strahlt im UV-Bereich. Das sichtbare weiße Licht wird ausschließlich durch Anregung von geeigneten Fluoreszenzfarbstoffen (RGB) erzeugt. Solche LED haben gute Farbwiedergabeeigenschaften (Ra 90).
Einsatzbereiche
Farbwiedergabe Farbwiedergabe mit LED Anzeige. Links Uhrzeit, rechts Tag/Datum]] Nachdem die LED lange Zeit aufgrund geringer Lichtausbeute und fehlender Verfügbarkeit aller Lichtfarben hauptsächlich als Indikationslampen, in Siebensegment- und Punktmatrixanzeigen eingesetzt wurden, erschließt sich die LED nun weite Einsatzbereiche z. B. auch in der Beleuchtungstechnik. Einige Einsatzbereiche sind:
- Leuchtmittel, um Glühlampen zu ersetzen (siehe Bild rechts)
- Laufschriftanzeigen zur Informationsübermittlung in der Öffentlichkeit, Wechselkennzeichen im Straßenverkehr
- Statusanzeigen, beispielsweise Betriebsbereitschaft bei Geräten aller Art
- Infrarot-LEDs in Fernbedienungen, vor allem im Bereich der Unterhaltungselektronik
- LED-Bündel in Verkehrsampeln (statt gewöhnlicher Glühlampen mit Farbfiltern. Hier macht sich neben der längeren Lebensdauer auch die schnellere Ansprechzeit gegenüber Glühlampen bemerkbar.
- Fahrradbeleuchtung, vornehmlich als Rücklicht, zunehmend aber auch als Scheinwerfer
- Siebensegmentanzeigen an Taschenrechnern und Messgeräten (dort inzwischen weitgehend abgelöst durch Flüssigkristallanzeigen)
- Rote und gelbe LEDs für Anzeigen in Bereichen, wo die Dunkeladaptation des Auges nicht beeinträchtigt werden darf (Flugzeug-Cockpits, Schiffsbrücken, Sternwarten, im nächtlichen Geländeeinsatz (Militär oder Tierbeobachtung))
- Mobile Beleuchtungsanwendungen, wie Taschenlampen, zunehmend auch im Automobilbereich
- Als Teil von Bewegungssensoren, beispielsweise bei Zeigegeräten in der EDV oder für Lichtschranken
- Zur Belichtung der Tonerwalze bei LED-Druckern
- Zur Displayhinterleuchtung (Mobiltelefon, Monitore). Dieser Bereich macht einen großen Teil des Marktes der LED aus
- (tageslichtfähige) TV-Großdisplays (z. B. in Stadien)
- Für Beleuchtungszwecke, hauptsächlich Beleuchtung eng abgegrenzter Bereiche (Spotlicht)
- RGB-Effektbeleuchtung mit änderbaren Lichtfarben
- Als Ersatz für konventionelle Leuchtmittel, z. B. einfach einsetzbar in gesockelter Ausführung
- im Medizinbereich (z. B. UV-LED in der Zahntechnik)
- (derzeit im Prototypenstadium) als Scheinwerfer von (u. a.) Kraftfahrzeugen
Entwicklung
RGB RGB Im Laufe der Entwicklung wurde die Lichtausbeute der LED gesteigert. Es wurden neue Halbleitermaterialien entwickelt, so dass es LED in nahezu allen Farben des Spektrums (Lücke im grün-gelb Spektrum) gibt. Insbesondere nach Halbleitern, die Licht im kurzwelligen Bereich (blau, UV) effektiv erzeugen, wurde lange gesucht. Die weitere Steigerung der Effizienz und die preiswertere Herstellung der Halbleiter ist das Ziel weiterer Entwicklungen. Gegenwärtig wird z. B. daran gearbeitet, sowohl transparente Trägermaterialien und Halbleiter-Materialien als auch transparente elektrische Zuleitungen herzustellen. Die Bonddrähte (elektrische Leitungen zum Halbleiterchip) decken einen Teil der aktiven Fläche ab. Die Alterung von LEDs ist wohl auf die Vergrößerung von Fehlstellen im Kristall durch thermische Einflüsse zurückzuführen, die nicht mehr an der Lichterzeugung teilnehmen und strahlungslose Übergänge fördern. Mit 30 lm/W entspricht die Lichtausbeute von weißen Leuchtdioden der von Halogen-Glühlampen. Die effektivsten verfügbaren weißen LED haben heutzutage (November 2004) eine Lichtausbeute von 50 lm/W. Große Leuchtdiodenhersteller arbeiten derzeit intensiv an der Erhöhung des Wirkungsgrades. Erst wenn dieser deutlich über Halogenlampen liegt, ist eine breite Anwendung im Automobilsektor sinnvoll. In wenigen Jahren wird hier ein Durchbruch erwartet. Bereits jetzt ist die LED dabei, die Glühlampe in etlichen Spezialanwendungen zu verdrängen. Die Vorteile gegenüber der Glühlampe: Die LED verbraucht weniger Strom, erzeugt weniger Wärme, ist unempfindlich gegenüber Erschütterungen, erreicht deutlich kürzere Schaltzeiten und hat eine hohe Lebensdauer. Taschenlampen z. B. werden in den nächsten Jahren wohl nur noch LEDs enthalten. Bis LED beginnen, Glühlampen als allgemeines Beleuchtungsmittel zu verdrängen und sich einen breiten Massenmarkt zu erobern, muss jedoch ihre Lichtausbeute und Energieeffizienz bei sinkenden Kosten weiter gesteigert werden. Es ist anzumerken, dass mit den Energiesparlampen Verbesserungen in Bezug auf die Energieeffizienz in der allgemeinen Beleuchtung erreicht wurden, an denen sich auch LED messen lassen müssen, wenn sie große Marktanteile erreichen wollen. Zur Zeit jedenfalls erreichen sie diese Werte nicht.
Siehe auch

- Organische Leuchtdiode
- Laserdiode
- RCLED
Weblinks

- [http://www.led-info.de/ Die Leuchtdiode und deren Einsatz]
- [http://www.led-treiber.de/ Aufbau elektronischer LED-Treiberschaltkreise oder -Baugruppen]
- [http://www.lightemittingdiodes.org/ Resource of technical information] (englisch)
- [http://ledmuseum.home.att.net/ LED-Museum] (englisch)
- [http://britneyspears.ac/lasers.htm Britney's Guide to Semiconductor Physics] (englisch) Kategorie:Diode Kategorie:Lichttechnik ja:発光ダイオード

Vliesstoff

Spricht man von einem Vlies, meint man allgemein einen Vliesstoff. Ein Vliesstoff ist ein textiles Flächengebilde aus einzelnen Fasern. Im Gegensatz dazu werden Gewebe, Gestricke und Gewirke aus Garnen hergestellt und Membranen aus Folien. In einigen Publikationen wird der aus Wolle hergestellte Filz zu den Vliesstoffen gezählt. In der ungültigen Norm DIN 61210 wurde noch genau zwischen den jeweils speziellen Begriffen für verschiedene Arten von vliesstoffähnlichen Produkten unterschieden. Die Vliesstoffindustrie ist jedoch ein relativ junger Industriebereich während das Filzhandwerk schon einige Jahrhunderte besteht. Somit haben sich auch unterschiedliche Begrifflichkeiten gebildet und daher wird (wohl aus historischen Gründen) in der gültigen Norm DIN EN 29092 (ISO 9092) der Filz nicht hinzugerechnet. Ein Vliesstoff unterscheidet sich vom Papier häufig in der Länge der Fasern, welche dort sehr viel kürzer sind; es gibt jedoch auch nassgelegte Vliesstoffe aus kurzen Zellulosefasern wie im Papier. Der entscheidende Unterschied ist deshalb das Fehlen von Wasserstoffbrückenbindungen bei den Fasern von Vliesstoffen, die die Festigkeit des Papieres ausmacht. Der Begriff wird fälschlicherweise häufig mit Fleece gleichgesetzt.

Unterschied Vlies - Vliesstoff

Ein Vlies besteht aus lose zusammenliegenden Fasern, welche noch nicht miteinander verbunden sind. Die Festigkeit eines Vlieses beruht nur auf der fasereigenen Haftung, kann aber durch Avivagen beeinflusst werden. Damit man das Vlies verarbeiten und benutzen kann, muss es verfestigt werden, wofür verschiedene Methoden angewandt werden können. Erst ein verfestigtes Vlies ist als Vliesstoff zu bezeichnen. In der Umgangssprache wird dieser Unterschied nicht gemacht.

Unterteilung

Vliesstoffe sind wesentlich verschieden von Gewebe, Gestricken und Gewirken, die sich durch vom Herstellverfahren bestimmte Legung der einzelnen Fasern oder Fäden auszeichnen. Vliesstoffe bestehen dagegen aus Fasern, deren Lage sich nur mit den Methoden der Statistik beschreiben lässt. Die Fasern liegen wirr im Vliesstoffe zueinander. Die englische Bezeichnung nonwoven (nicht gewebt) grenzt sie eindeutig aus von Geweben, Gestricken etc. aus. Vliesstoffe werden unter anderem nach dem Polymer, dem Bindungsverfahren, der Faserart (Stapel- oder Endlosfasern), der Faserfeinheit und der Faserorientierung unterschieden. Die Fasern können dabei definiert in einer Vorzugsrichtung abgelegt werden oder gänzlich stochastisch orientiert sein wie beim Wirrlagen-Vliesstoff. Wenn die Fasern keine Vorzugsrichtung in ihrer Ausrichtung (Orientierung) haben, spricht man von einem isotropen Vliesstoff. Sind die Fasern in einer Richtung häufiger angeordnet als in der anderen Richtung, dann spricht man von Anisotropie.

Wirrfaser-Vliesstoffe

Wirrfaser-Vliesstoffe werden mit unterschiedlichen Verfahren trocken oder nass hergestellt.
- die trockene Herstellung erfolgt im Luftstrom
- oftmals durch elektrostatische Aufladung unterstützt um ein gleichmäßige Faserverteilung zu erreichen.
- im Wasser (Nass)

Faserorientierte Vliesstoffe

Solche Vliesstoffe können in einer Richtung, längs oder quer zur Maschine, gelegt werden, oder aus mehreren Lagen bestehen, welche übers Kreuz abgelegt werden.

Herstellung

Vliesstoffe unterscheiden sich durch:
- Faserarten und deren Ursprung
- Mineralische Fasern (Glas, Asbest, Mineralwolle)
- tierische Fasern (Seide, Wolle)
- pflanzliche Fasern (Baumwolle)
- Chemische Fasern aus natürlichen (Zellulose) oder syntetischen (PA,PET,PVC) Polymeren Überwiegend werden Vliesstoffe aus künstlichen Polymerern hergestellt. Die Polymerewird durch auf chemischem Wege aus Mineralstoffen als Basis hergestellte Polymere erzeugt e.g.:
- Polyester PET (chemische Bezeichnung Polyethyenterafterlat) Polybytelenterafterlat PBT
- Polypropylen PP - Polypropylen
- Polyethylen PE - Polyethylen
- Polyamid 6.6 Markenbezeichnung - Nylon Polyamid 6.0 Markenbezeichnung - Perlon verschiedene andere Polymere werden in Fasermischungen oder zusammen mit dem überwiegend eingesetzten Polymerern als Bindemittel für die Vliesverfestigung eingesetzt. Spinnverfahren zur Fasergewinnung werden unterschieden nach:
- Trocken
- Nass Verfestigungsverfahren (Bonding):
- Chemisch,durch die Zugabe von Bindemitteln
- Thermisch, durch das Erweichen in einem geeigneten Gasstrom, zwischen beheizten Walzen oder auch in einem Dampfstrom erfolgen

Spinnvlies /Spunbond

Zur Faserherstellung wird ein Polymer in einem Extruder erhitzt und auf einen hohen Druck gebracht. Das Polymer wird in genauer Dosierung mittels der Spinpumpen durch eine Matritze, die sogenannte Spindüse gepresst.Das Polymer tritt aus der Düsenplatte als feiner Faden Filamentnoch in geschmolzener Form aus. Durch einen Luftstrom wird es abgekühlt und noch aus der Schmelze gestreckt. Das Strecken kann auch nach der Abkühlung über zusätzliche Streckwalzen erfolgen. Der Luftstrom befördert die Filamente auf ein Förderband das als Sieb ausgebildet ist. Durch eine Absaugung unter dem Siebbband werden die Fäden fixiert. Dieses Fasergelege ist ein Wirrlagen-Vlies, das verfestigt werden muss. Die Verfestigung kann durch zwei beheizte Walzen (Kalander)oder durch einen Dampfstrom erfolgen. Bei der Verfestigung durch einen Kalander ist meist eine der beiden Walzen mit einer Gravur versehen die aus Punkten, kurzen Rechtecken oder Diamant ähnlichen Punkten besteht. An den Kontaktpunkten verschmelzen die Filamente und bilden so den Vliesstoff.

Nadelvliesstoff

Stapelfasern wie Baumwolle, Wolle oder synthetische, Stapel-Fasern werden in einer Krempel zu einem Vlies gelegt. Die Krempel ist fast dasselbe wie eine Kardiermaschine, sie fügt lose einzelne Fasern zu einem Band zusammen - dem Vlies. Dieses Vlies kann mit einem Balken mit vielen Nadeln dran zu einem Vliesstoff verarbeitet werden. Je nachdem wie das Krempelband gebildet wird, hat das Vlies eine Vorzugsrichtung, welche beim Verfestigen erhalten bleibt. Über einen Kreuzleger werden vor der Vernadelung bei schweren Qualitäten mehrere Lagen übereinander gelegt. Die Verfestigung des Vlies erfolgt durch diversen Typen von Nadeln z.B. Kronennadel. Neben der klassischen Vernadelung, nimmt der Anteil der mit Wasserstahl vernadelten Qualitäten stark zu. Einsatzbereiche für Nadelvlies sind z.B. Objektbodenbelag oder Kfz-Innenraum.

Vliesstoff durch Walken

Wolle besteht aus Haaren und diese haben Schuppen auf der Oberfläche. Unter Einfluß von Wärme und Feuchtigkeit öffnen sich diese Schuppen. Seifenlauge unterstützt diesen Effekt. Wenn die Wolle gerieben wird, verhaken sich die Schuppen der einzelnen Haare miteinander. Beim anschließenden Walken wird die Flüssigkeit verdrängt, die Haare werden noch dichter zusammen geschoben und die Schuppen dazu gebracht, sich wieder zu schließen. Dadurch sind die Haare miteinander verhakt und ergeben eine einheitliche Fläche.

Verwendung

Vliesstoffe finden eine unglaublich breite Anwendung:
- als Geotextil zur Trennung von unterschiedlichen Schichten und zur Drainage
- als Filter in Dunstabzughauben, Staubfiltern, in der Papierindustrie
- als medizinisches Textil für Einweg-Operationsbekleidung, Wundpflaster, Inkontinenzartikel
- als Unterkragenstoff in Hemden zur Versteifung
- als Futter in Jacken
- als Reinigungstuch
- als Bodenbelag Nadelvlies (fälschlicherweise oft als Nadelfilz bezeichnet)
- als Windelvlies für die gesamte Windelkonstruktion

Literatur

- W. Albrecht, H. Fuchs, W. Kittelmann: Vliesstoffe. WILEY-VCH Verlag, 2000, ISBN 3-527-29535-6

Maschinenhersteller

- [http://www.fehrerag.com/Fehrer/Frame.htm Fehrer AG (AT), Hersteller von Nadelvlies-Maschinen]
- [http://www.fleissner.de/frame_d.htm Fleissner (DE), Hersteller von Wasserstrahl-Verfestigungs-Maschinen]
- [http://www.dilo.de/ Dilo (DE) stellt Nadelvlies-Maschinen her]
- [http://www.reicofil.com Reifenhäuser REICOFIL (DE) ist der führende Hersteller von Spinnvlies- und Composite (SMS) - Anlagen]

Organisationen

- [http://www.edana.org European Disposables and Nonwovens Association]
- [http://www.inda.org US Nonwoven Organization] Kategorie:Textilgewebe

Pfeil (Geschoss)

Ein Pfeil ist der Schusskörper einer Bogenwaffe, die Schusskörper einer Armbrust bezeichnet man im Gegensatz dazu als Bolzen. Pfeile wurden sowohl zum Kampf als auch zur Jagd benutzt. Sie konnten einfach abgeschossen oder mit einem Katapult geschleudert werden, mitunter benutzte man - wie bei der Falarika - brennbares Material, um sie vor dem Schleudern anzuzünden und eine höhere Kampfwirkung zu erzielen. Heute werden Pfeile zum Sport und mitunter auch zur Jagd eingesetzt, wobei die Bogenjagd in Deutschland verboten ist. Der Pfeil ist prinzipiell ein gerader Stab, an dessen vorderen Ende eine Spitze und an dem anderen Ende Stabilisatoren aus echten oder Kunststofffedern angebracht sind. Pfeilgewichte werden traditionellerweise in "grain" angegeben (also Korn, ein grain entspricht 0,0648 Gramm). Heutige typische Pfeile haben etwa einige hundert bis ca. 500 grain, alte englische Kriegspfeile konnten aber auch mehr als 800 grain wiegen, also mehr als 52 Gramm.

Pfeilschäfte

Idealerweise ist ein Pfeilschaft nur wenig länger als der Auszug des Schützen. Moderne Bogen verwenden zusätzliche Auflagen, um Pfeile verschießen zu können, die kürzer als die Auszugslänge des Schützen sind. (Ein leichterer Pfeil erreicht eine höhere Geschwindigkeit.)

Holzpfeile

Das traditionelle Schaftmaterial ist Holz. Ein typischer Pfeilschaft ist etwa einen drittel Zoll dick, Standarddicken sind 5/16", 11/32" und 23/64". Die Biegesteifigkeit (der sog. Spine-Wert) wird in Pfund angegeben, und zwar so, dass der Wert in etwa der Zugstärke eines englischen Langbogens entspricht, für den der Pfeil geeignet wäre. Der ideale Spine-Wert hat für jeden Schützen zusätzlich eine individuelle Komponente. Die Anpassung des Spines an Bogen und Schütze ist bei den traditionellen Schützen besonders wichtig: da die Sehne sich beim Schuss genau auf den Bogen zubewegt, der Pfeil sich aber um den Bogen herumwinden muss, bedeutet ein falscher Spine einen unruhigen Flug oder das (unerwünschte) Anschlagen des Pfeilschafts an den Bogen. Idealerweise sollten die Schwingungen des Pfeilschaftes nach einigen Metern Flug gedämpft sein. Im Neolithikum wurden Pfeile bevorzugt aus den Schößlingen des wolligen Schneeballs gefertigt. Pfeilschaftglätter aus Sandstein finden sich etwa in der Bandkeramik und der Hinkelsteinkultur. Im Mittelalter war z.B. Esche ein beliebtes Schaftmaterial; heute wird vor allem die Port Orford Zeder verwendet.

Pfeile aus anderen Materialien

Moderne Pfeilschäfte werden aus Materialien wie Aluminium, Karbonfaser oder Kombinationen aus beiden hergestellt. Die Schäfte sind dünne Röhrchen, deren Biegesteifigkeit durch das Material, die Wandstärke und die Bauart bestimmt wird. Der Spinewert ist eine Maßzahl für die Steifigkeit des Pfeiles. Sie wird ermittelt indem man den Pfeil auf zwei Stützen mit einem Abstand von 28 Zoll auflegt und ein Gewicht von 1,94Pfund (880g) in der Mitte anhängt. Die Durchbiegung des Pfeilschaftes wird in 1/1000 zoll gemessen und als Spinewert bezeichnet(siehe Tabelle der Fa. EASTON). Je kleiner der Wert, desto steifer ist der Pfeil. Generell gilt je stärker der Bogen und je größer der Auszug, desto steifer muß der passende Pfeil sein. Allerdings haben moderne Bögen i.d.R. ein "Schußfenster", eine Aussparung im Bogenkörper, durch das der Pfeil in gerader Linie abgeschossen wird - das "herumwinden" um den Bogenkörper entfällt. In Asien werden Pfeile auch aus Bambustrieben hergestellt (z.B. das traditionelle Pfeilmaterial im Kyudo). Die selten geraden, 2-jährigen Bambustriebe bestimmter Bambusarten werden dazu in mehreren Schritten unter Erwärmen über einem offenem Feuer gerichtet und mit Steinen geschliffen. Bei Bambuspfeilen werden an den Enden Fadenwicklungen angebracht, um ein Aufspalten des Schaftendes beim Schuss zu verhindern. Aufgrund des natürlichen Hohlraumes erreicht ein Bambusschaft bei gleicher Masse höhere Festigkeitswerte.

Pfeilspitzen

Die Spitze besteht heute im Allgemeinen aus Metall, aus prähistorischer Zeit sind aber auch Spitzen aus Feuerstein, Schiefer und Knochen bekannt. Prinzipiell kann man auch den hölzernen Schaft anspitzen und im Feuer härten, aber da sich solche Pfeile schlecht erhalten weiß man nichts über die tatsächliche prähistorische Verwendung solcher Spitzen. Die Spitze kann entweder als Hülse auf einen konisch geformten Schaft aufgesetzt werden, oder ein Dorn an der Spitze wird in eine Bohrung bzw. Kerbe im Schaft gesetzt. Die Spitzen werden durch kleben oder aufschrauben befestigt, mittelalterliche Spitzen waren oft zusätzlich mit Garnwicklungen gesichert. Garn Heutige Spitzen für den Sport sind meist einfache, gedrehte, Metallspitzen die als Hülse aufgesetzt werden und die darauf ausgelegt sind die Ziele so wenig wie möglich zu beschädigen. Jagdspitzen haben entweder zusätzlich ein Blatt mit geschärften Schneiden oder stumpfe, ausgedehnte Spitzen, um die Beute zu betäuben. Vor allem zu Kriegszwecken gab es zahlreiche weitere Spitzenformen. Die typische war wohl die "Bodkin"-Spitze, die durch hohes Gewicht bei relativ kleinem Querschnitt panzerbrechend auf die damaligen Rüstungen wirkte, aber gleichzeitig sehr einfach zu schmieden war. Die im mittelalterlichen England erfundene Bodkin-Spitze war äußerst lang. Die Spitze eines Brandpfeils hatte direkt hinter der eigentlichen Spitze einen metallenen Käfig, in dem brennbares Material angebracht werden konnte, so dass die Hitze direkt auf das Ziel wirkte, den Schaft aber nicht vorzeitig beschädigte. Zum gezielten Töten von Pferden, die seltener als ihr Reiter durch eine Rüstung geschützt waren, verwendete man besonders breite Pfeilspitzen. Im Mittelalter waren zudem Pfeilspitzen gebräuchlich, die mit Widerhaken versehen waren. Ein mit solch einer Spitze ausgestatteter Pfeil verursachte beim Herausziehen dermaßen schwere Verwundungen, dass in mittelalterlichen Abhandlungen empfohlen wurde, den Pfeil nach Möglichkeit durch den betroffenen Körperteil durchzustoßen und die Spitze auf der anderen Seite abzuschneiden. Die heute so genannten "Sehnenschneider" waren Spitzen, die in ein breites Blatt ausliefen, das nach vorne offen halbmondförmig endete und dessen vordere Seite als Schneide geschliffen war. Der tatsächliche Kriegseinsatz solcher Spitzen ist unklar, sicherlich wurden sie jedoch nicht auf Personen verschossen, sondern eher zum Durchtrennen von Seilwerk benutzt. Vergiftete Pfeilspitzen waren historisch einerseits zur Jagd vorgesehen, z.B. um in unwegsamem Urwaldgelände eine Flucht der Beute zu verhindern, oder mit schwachen Bögen auch große Beute zu erlegen. Andererseits wurden sie zu Kriegszwecken genutzt, um die Wirkung nicht unmittelbar tödlicher Treffer zu erhöhen. In Europa und Japan war der Einsatz von Giftpfeilen jedoch als "unritterlich" verpöhnt (was gelegentlichen Einsatz nicht ausschloss). Zum Einsatz kam z.B. in Südamerika Curare und Hautsekret von Pfeilgiftfröschen, in Europa z.B. Eisenhut.

Befiederung

Im Laufe der Geschichte wurden für Pfeile die unterschiedlichsten Befiederungen verwendet, wobei mittelalterliche Bogenschützen Gänsefedern bevorzugten. Die Befiederung dient dazu, dem Pfeil während seines Fluges eine Eigenrotation um die Pfeilachse zu verleihen, wodurch seine Flugbahn deutlich stabilisiert wird. An historischen Pfeilen wurden 2-4 Federn gefunden, an modernen Pfeilen kommen gelegentlich auch 6 Federn zum Einsatz. Heute werden im Allgemeinen drei Arten von Federn eingesetzt. Zum einen die Truthahnfedern, sie sind hauptsächlich an dicken Aluminiumpfeilen zu finden, die in der Regel für den Jagdsport benutzt werden. Die am weitesten verbreiteten sind Kunststofffedern, die es in verschiedenen Längen und Steiffigkeiten gibt. Die sportliche Elite benutzt für lange Distanzen (im Freien 70m) sogenannte Spin Wings. Sie sind ebenfalls aus Kunststoff und sind parallel zur Pfeilachse eingedreht, sodass sie sich noch schneller drehen. Im Kyudo gelten Adlerfedern als die beste Qualität, da sie auch einem Aufprall der Feder auf Stein widerstehen. Aus Gründen des Artenschutzes sind Adlerfedern sehr teuer, ein einziger Pfeil kann mehrere 100€ kosten. Zu Trainingswecken werden heute auch hier meist Truthahnfedern verwendet. Die Befiederung an Kyudo-Pfeilen ist länger als an europäischen Pfeilen und gerade angebracht. Die Rotation des Pfeiles wird ähnlich wie beim Auftrieb von Flugzeugen durch das "Tragflächen"-Profil des Feder erzeugt. Es wird pro Durchgang jeweils ein Pfeil mit rechten ("Haya") und ein Pfeil mit linken Federn ("Otoya") verschossen, dies wird historisch damit begründet, dass der zweite Pfeil (bei einem Meisterschützen ) durch die geringfügig anderen Flugeigenschaften den ersten Pfeil nicht auf die Nocke trifft und damit zerstört.

Weblinks

- [http://www.macbumm.de/04_diss/diss.htm Dissertation "Wundballistik bei Pfeilverletzungen" - mit umfassender Einführung in die Grundlagen des Bogenschiessens]
- [http://www.pfeilmachery.de Midgard's Pfeilmacherey - traditioneller Pfeil- und Bogenbau] Kategorie:Bogenwaffe ! ja:矢 simple:Arrow

Schlichte

Die Schlichte ist eine Imprägnierflüssigkeit, welche auf textile Fäden durch z.B. Sprühen oder Tauchen vor der Weiterverarbeitung, z.B. Weben aufgebracht wird. Ein beschlichteter Faden ist geschmeidiger und widerstandsfähiger gegen mechanische Belastung. Ohne Beschlichtung kann am Schussfaden ein Kettfaden durch die ständige Reibung leicht brüchig werden und schließlich reißen. Beschlichtet werden natürliche Fasern wie auch technische Fasern (Kunststofffasern, Kohlefaser, Glasfaser). Die Schlichte kann je nach Anwendungszweck stark unterschiedliche Rezepturen beinhalten. Schlichte für Naturfasern: Stärke derivat in wässriger Lösung. Vor dem Auftragen kann der Faden befeuchtet werden, um seine Saugfähigkeit zu verringern, damit die Schlichte an der Oberfläche bleibt. Früher wurde Schlichte aus mit Wasser gemischtem Weizenmehl oder Leim hergestellt, in der modernen Webindustrie werden spezielle Chemikalien verwendet. Die Schlichte wird mit dem ersten Waschen eines Webstücks entfernt. Kategorie:Textiltechnik

Festigkeit

Festigkeit ist eine Werkstoffeigenschaft, die beschreibt welchen Widerstand ein Werkstoff dem Versagen entgegensetzt. Je nach Werkstoff und Belastung kann das Versagen zum Beispiel ein Sprödbruch oder eine plastische Verformung sein. Zu unterscheiden ist die Festigkeit von der Härte. Bei der Festigkeit unterscheidet man zwischen den Begriffen der
- Zugfestigkeit
- Formelzeichen:

R_m

- Einheitenzeichen: N/mm² (= MPa)
- und der Fließgrenze (Dehngrenze bzw. Streckgrenze)
- Formelzeichen:

R_p

bzw.

R_e

- Einheitenzeichen: N/mm² (= MPa) Die Dehngrenze wird dabei einer bestimmten plastischen Verformung, z.B. 0,2%, zugeordnet. Man schreibt dann

R_

. Die (ausgeprägte) Streckgrenze spielt nur bei un- und niedriglegierten Stählen in bestimmten Wärmebehandlungszuständen eine Rolle, insbesondere bei Baustahl. In die mechanische Auslegung von Bauteilen fließt der Mindestwert bzw. gewährleistete Wert der Festigkeiten ein. Die Mindestzugfestigkeit liegt beispielsweise bei einem Stahl für den Stahlbau (S235JR - früher St37-2) welcher im Hausbau verwendung findet, je nach Qualität bei 370 N/mm². Seine Mindeststreckgrenze hingegen bei 235 N/mm². Würde man nun in einem Zugversuch eine Probe dieses Stahls, welche einen Querschnitt von 1 mm² hat, mit einer Kraft belasten, müsste diese bei mindestens 370 N liegen um die Probe zu zerreißen. 370 N entsprechen auf der Erde dem Gewicht einer Masse von 37,7 kg. Daraus kann geschlossen werden, dass beim Versuch, mit diesem Stahldraht eine Masse von 37,7 kg oder größer zu heben, ein Versagen des Werkstoffes nicht mehr ausgeschlossen werden kann. Aber auch bei geringeren Belastungen kann der Draht bleibend (plastisch) verformt werden. Da dies meistens nicht zugelassen wird, verwendet man bei der mechanischen Auslegung von Bauteilen häufig die Mindeststreckgrenze (R_e). Dieser Wert beschreibt die Festigkeit eines Werkstoffs bis zur Grenze der elastischen Verformung. Das heißt bei einer Zugkraft F_z von 235 N auf eine Probe mit einem Querschnitt von 1 mm² dehnt sich diese Probe zwar, sie kehrt aber, ohne sich bleibend (plastisch) zu verformen, in ihren Ursprungszustand zurück. Hier lässt sich eine Masse von 23,955 kg (mit 235 N / 9,81 m/s²) ermitteln, mit deren Gewicht dieser Werkstoff im Zugversuch belastet werden kann, sich aber elastisch verhält. Aus Sicherheitsgründen werden die genannten Kennwerte in der technischen Anwendungen grundsätzlich noch durch einen Sicherheitsfaktor dividiert, der die Unsicherheiten bei der Beurteilung der Beanspruchung und die Streuung der Widerstandsgrößen berücksichtigt, aber auch vom möglichen Schaden bei Versagen des Bauteils abhängt. Im Stahlbau liegt der Sicherheitsfaktor unter guten Bedingungen bei 1,2 bis 1,5, in manchen Fällen sind aber auch Beiwerte im Bereich 3 bis 4 notwendig. Da die Kennwerte immer nur im einachsigen Zugversuch ermittelt werden, Bauteile aber oft mehrachsig beansprucht werden, gilt es, eine einachsige Vergleichsspannung zu ermitteln, die dann mit der bekannten Festigkeit verglichen werden kann. Hier haben sich vier sog. Festigkeitshypothesen etabliert, wobei die beiden erstgenannten am häufigsten angewandt werden:
- Hypothese der maximalen Schubspannung (Tresca)
- Gestaltänderungsenergiehypothese (von Mises)
- Hypothese der maximalen Normalspannung
- Hypothese der maximalen Dehnung Bei der Hypothese der maximalen Schubspannung lautet die Formel für die Berechnung der Vergleichsspannung

\sigma_v = \sigma_I - \sigma_

für

\sigma_I > \sigma_ > \sigma_

Bei der Gestaltänderungsenergiehypothese gilt

\sigma_v = \sqrt

Darin sind

\sigma_,\sigma_,\sigma_

die Hauptspannungen. Die beiden anderen Hypothesen sind weniger bedeutend, sind aber bei nahezu hydrostatischen Spannungszuständen (d.h. in drei Achsen gleich großen Spannungen) genauer. Bei schwingungsbeanspruchten Bauteilen besteht ein Sonderfall. Man nennt ihn die Dauerschwingfestigkeit. Siehe auch: Zerreißlänge Kategorie:Festigkeitslehre Kategorie:Werkstoffeigenschaft ja:材料強度学

Größeneffekt

Der Größeneinfluss beschreibt Zusammenhänge zur Übertragbarkeit von Werkstoffkennwerten, die unter genormten Bedingungen ermittelt wurden, auf von den Versuchsbedingungen abweichende Verhältnisse. Ursache für den Größeneinfluss können mikroskopische und makroskopische Ursachen, wie Korngrößen und Lunker sein. Statistisch gesehen ist es wahrscheinlicher, dass ein maßstäblich vergrößertes Gussbauteil einen Lunker enthält, als verkleinertes. Entsprechende Korrekturfaktoren werden bei der Auslegung von Bauteilen verwendet. Neben den statistischen Effekten gibt es technologische, oberflächentechnische und spannungsmechanische Ursachen. Kategorie: Werkstoffkunde Kategorie: Festigkeitslehre

Flexibilität

Flexibilität (lat. flectere = biegen, beugen) bezeichnet
- in der Psychologie und im Wirtschaftswesen die Fähigkeit, sich auf geänderte Anforderungen und Gegebenheiten einer Umwelt einstellen zu können. Sie weist auf eine umstellungsfähige und wenig festgefahrene Persönlichkeitsstruktur hin: Flexibilität (Psychologie),Flexibilität (Soziologie, Flexibilität (Wirtschaft). Das Potenzial der Flexibilität in Bezug auf betriebliche Entscheidungssituationen liegt begründet in der Erweiterung des Aktionenraums, der die möglichen Handlungsalternativen in einer Entscheidungssituation umfasst, sowie in der Reduzierung der benötigten Zeit, einzelne Strategien und Aktionen umzusetzen und durchzuführen.
- in der Biologie reversible Formanpassungen, bei denen keine äußere Veränderung der Form stattfindet (zum Beispiel sich im Wind biegende Bäume oder ein Grashalm, der sich wieder aufrichtet, nachdem er niedergetreten worden war): Flexibilität (Biologie)
- in der Technik Bezeichnung für eine Eigenschaft von biegsamen/verformbaren Körpern, die zwar in der Umgangssprache weit verbreitet, aber wissenschaftlich nicht exakt definiert ist und deshalb in der Technosphäre möglichst nicht verwendet werden sollte, da sie außer von Materialkonstanten wie z.B. Elastizitätsmodul oder Festigkeit auch stark von der Geometrie der Körper abhängt. So können beispielsweise Metalle, zu Blechen gewalzt, flexibel sein, während sie sich als dicke Platte annähernd starr verhalten (siehe starrer Körper): Flexibilität (Technik)

Aramidfaser

Aramidfasern werden industriell hergestellt. Aramid ist ein goldgelber organischer Werkstoff und besteht aus aromatischen Polyamiden. Die Fasern wurden 1965 von DuPont entwickelt und unter dem Markennamen Kevlar zur Marktreife gebracht. Die Fasern zeichnen sich durch sehr hohe Festigkeit, hohe Schlagzähigkeit, hohe Bruchdehnung, gute Schwingungsdämpfung sowie Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen aus und sind darüber hinaus sehr hitze- und feuerbeständig. Aramidfasern schmelzen bei hohen Temperaturen nicht, sondern beginnen ab etwa 400° C zu verkohlen. Bekannte Markennamen für Aramidfasern sind Nomex und Kevlar von DuPont oder Teijinconex und Twaron und Technora von Teijin. Teijin Man unterscheidet zwischen meta-Aramiden (Teijinconex und Nomex) sowie para-Aramiden (Twaron, Kevlar, Technora). Als Aramide oder aromatische Polyamide (Polyaramide) werden nicht Polyamide mit aromatischen Gruppen in der Hauptkette per se bezeichnet, sondern, nach einer Definition der U.S. Federal Trade Commission, nur solche langkettigen synthetischen Polyamide, bei denen mindestens 85% der Amidgruppen direkt an zwei aromatische Ringe gebunden sind.

Anwendungen

Die bekanntesten Anwendungen für para-Aramidfasern sind im Sicherheitsbereich zu finden (Splitterschutz- und schusssichere Westen, Schutzhelme, Panzerungen für Fahrzeuge, Schnittschutzhandschuhe). Sie werden jedoch auch als Asbestersatz in Bremsbelägen und Dichtungen sowie als Verstärkungsmaterial z. B. für Glasfaserkabel oder Gummimaterialien eingesetzt. In diesen Bereichen werden vor allem die mechanischen Eigenschaften der Fasern Kevlar und Twaron genutzt. Im Luftsport wird Kevlar häufig als Fangleinenmaterial bei Gleitschirmen eingesetzt. Im Tennis werden Kevlarfasern aufgrund der hohen Widerstandsfähigkeit in vielen Tennissaiten und auch in Tennisschlägern eingesetzt. Die meta-Aramidfasern Nomex oder Teijinconex werden speziell für den Brandschutz eingesetzt. Sie ist in feuersicherer Bekleidung (z. B. Schutzanzüge bei Feuerwehren, Rennfahrerkombi, ...) bekannt geworden. Eine weitere Anwendung für meta-Aramid ist die Verarbeitung zu einem Werkstoff für Sandwichwabenkerne, so genannte Honeycombs aus Nomex-Papier, in der Faserverbundtechnologie. Ferner sind die Segel beim Windsurfen aus Kevlar, da dieses am reissfestesten ist.

Eigenschaften

Die Fasern weisen, ähnlich wie auch Kohlenstofffasern einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, werden also bei Erwärmung kürzer. In Verbindung mit dem positiven Ausdehnungskoeffizienten des Matrixharzes lassen sich hoch maßhaltige Bauteile fertigen. Kevlar ist überaus hitzebeständig, so hält es Temperaturen über 400°C problemlos aus ohne zu schmelzen.

Verarbeitung

Beim Umgang und der Verarbeitung muss auf die Eigenschaft der Feuchtigkeitsaufnahme und der UV-Beständigkeit Rücksicht genommen werden. Die ursprünglich goldgelben Fasern nehmen bei UV-Einstrahlung (Sonnenlicht) einen bronzebraunen Farbton an. Dies ist auch mit einem bis zu 75%igen Festigkeitverlust verbunden. Die Fasern können je nach Lagerung bis zu 7% Feuchtigkeit aufnehmen. Fasern mit einem zu hohen Feuchtigkeitsgehalt können getrocknet werden. In der Luft- und Raumfahrt ist ein Feuchtigkeitsgehalt von unter 3% üblich. Zum Schneiden von Aramidfasern sind spezielle mikroverzahnte Schneidwerkzeuge notwendig. Auch die mechanische Bearbeitung fertiger Faserverbundbauteile erfolgt mit hochwertigen Bearbeitungswerkzeugen oder durch Wasserstrahlschneiden. Bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen kommen vor allem Epoxidharze zur Anwendung. Chemische Haftvermittler sind nicht bekannt.

Siehe auch

- Faserverbund
- Leichtbauweise Kategorie:Faser

Kohlenstofffaser

Kohlenstofffasern (engl.: carbon fibre) sind industriell hergestellte Fasern mit einer sehr hohen Festigkeit und Steifigkeit, jedoch einer geringen Bruchdehnung. Eine Kohlenstofffaser hat einen Durchmesser von etwa 5-8 Mikrometer. Üblicherweise werden 1000 bis 24.000 Einzelfasern (Filamente) zu einem Bündel (Roving) zusammengefasst, die auf Spulen gewickelt werden. Die Weiterverarbeitung erfolgt zum Beispiel auf Webmaschinen zu textilen Strukturen. Als Kurzschnittfasern können sie Polymeren beigemischt werden und über Extruder- und Spritzgussanlagen zu Kunststoffbauteilen verarbeitet werden. Neben diesen Niederfilament-Typen gibt es auch sogenannte HeavyTow-Typen mit 120.000 bis 400.000 Einzelfasern, die hauptsächlich zu Kurzschnittfasern, aber auch zu textilen Gelegen weiterverarbeitet werden. Es ist auch möglich, solche HeavyTows mit Subtows z.B. in der Form 7 x 60.000 Einzelfilamente herzustellen.

Eigenschaften

Sie ist elektrisch und thermisch leitfähig und hat in Längsrichtung einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Faser wird bei Erwärmung kürzer, jedoch nimmt die Dicke zu. Bezeichnungen:
- HT – hochfest (High Tensile)
- IM – intermediate (Intermediate Modulus)
- HM – hochsteif (High Modulus)
- UM – (Ultra High Modulus)
- HMS – hochsteif/hochfest

Herstellung

Wärmeausdehnungskoeffizient Zum ersten Mal technisch eingesetzt wurden Kohlenstofffasern als elektrische Glühfäden aus pyrolisierten Bambusfasern (Edison, um 1890). Ein großer Schritt gelang 1955 mit der Herstellung von Fasern mit gerichteten Kristallstrukturen im englischen Royal Aircraft Establishment. Kohlenstofffasern werden aus organischen Ausgangsmaterialien hergestellt. Im Wesentlichen kommen solche Verbindungen in Frage, die sich zunächst in eine unschmelzbare und unbrennbare Zwischenstufe umwandeln lassen, und anschließend unter Formerhalt carbonisiert werden können. Bei dieser Carbonisierungsbehandlung (Pyrolyse) werden alle Elemente bis auf den Hauptanteil Kohlenstoff abgespalten. Der Kohlenstoffanteil steigt mit zunehmender Carbonisierungstemperatur. Üblicherweise liegen die Carbonisierungstemperaturen im Bereich von 1300 - 1500 °C, wodurch der Kohlenstoffanteil auf 96 bis 98 Gewichtsprozente ansteigt. Von Graphitierung spricht man oberhalb 1800 °C. Hier werden im Wesentlichen die graphitischen Kohlenstoffschichten mehr und mehr perfektioniert. Der Schichtebenenabstand zwischen diesen Kohlenstoffschichten bleibt jedoch über dem vom Graphit bekannten Wert. Deshalb ist der im englischen Sprachraum übliche Begriff "graphite fiber(fibre)" streng genommen nicht korrekt. Dies gilt auch für die im deutschen Sprachraum verwendeten Begriffe "Graphitfaser" und "Kohlefaser". Die Strukturvielfalt der Fasern mit der großen Bandbreite an Eigenschaften resultiert aus der über die Herstellparameter steuerbaren Anisotropie der graphitischen Schichten. Es gibt heute drei etablierte Ausgangsmaterialien:

Rayon/Viskose (Zellulose)

Die hieraus hergestellten Fasern zeigen aufgrund des Ausgangsmaterials eine wenig perfekte Kohlenstoffstruktur. Sie sind damit schlecht thermisch und elektrisch leitfähig (hoher ohmscher Widerstand = günstig für Glühfaden). Sie werden deshalb überwiegend als thermisch