Kontakte auf den Punkt gebracht. Sobald sich zwei Körper berühren oder interagieren entstehen Kontakte. Die Kontaktmechanik betrachtet Beanspruchungen und Reibungen in Kontakten. Diese Seite jedoch gibt praktische Einblicke in die Welt der Kontakte. Kontakte und damit die Kontaktmechanik ist so vielfältig wie das Leben. Ja, Kontakte ermöglichen erst das Leben, z.B. bei der Entstehung von Leben durch die Befruchtung. Die Gelenke des Körpers, ermöglichen erst eine Bewegung und somit ein Vorwärtskommen. Auch der Schuh auf dem Untergrund oder der Reifen auf der Straße sind Kontakte und geben uns den richtigen Gripp. Kontakte ermöglichen auch Töne und Melodien zu erzeugen (z.B. die Stimmbänder oder bei Musikinstrumenten), sie ermöglichen Kommunikation und Austausch, Wechselwirkungen und Synergieeffekte.
Damit eröffnen Kontakte zahlreiche Möglichkeiten und Funktionen, wie z.B.
Kräfte übertragen, die Leistung auf die Straße bekommen, mechanische Kontakte und die Kontaktmechanik
Mechanische Kontakte haben primär die Funktion Kräfte oder Impulse zu übertragen. So kommt die Leistung sprichwörtlich auf die Straße. So gibt es zahlreiche technische Maschinen mit ebenso zahlreichen Kontakten. Die Maschinenbauer nennen diese Verbindungsstellen auch Maschinenelemente. Maschinenelemente sind die Grundbausteine die vergleichbar von LEGO-Bausteinen immer wieder in verschiedenen Variationen vorkommen. Eine Unterkategorie sind die Verbindungselemente. Verbindungselemente haben die Aufgabe Bauteile zu verbinden. Dazu gibt es Formschluss (ein verhaken), Stoffschluss (ein verschmelzen) oder Kraftschluss (die Bauteile werden ganz fest zusammengehalten).
Die Kontinuumsmechanik untersucht die Bewegung von deformierbaren Körpern verursacht von äußeren Belastungen oder Kräfte.
Schwebende Gegenstände und kabellose Energieübertragung durch Elektrostatik, Magnetismus und Induktion
Auch hier werden Wirkungen erkennbar sobald ein Kontakt zu benachbarten Bauteilen entsteht. Magnetische Kräfte treiben Motor an, führen Züge (Magnetschwebebahn) oder lassen Alltagsgegenstände wie Tassen, Blumentöpfe schweben. Durch die Induktion werden Energien zum Erwärmen/Kochen oder zum kabellosen Laden von Akkumulatoren/Batterien übertragen.
Elektrische Leistung und Signale übertragen
Die Aufgabe des Lichtschalters, ist Stromkreise zu schließen, den Strom zu führen aber auch geschlossene Stromkreise wieder zu öffnen. Geöffnet soll der Schalter die elektrischen Potentiale trennen, gegeneinander zu isolieren, geschlossen den Strom möglichst gut leiten. Elektrische Kontakte ermöglichen die elektrische Energie- und Signalübertragung. Dank der elektromechanischen, magnetischen Energien funktioniert dies sogar kontaktlos z.B. induktives Heizen (Kochen), durch Mikrowellen (Erwärmen), induktives Laden (Elektrotechnik) oder bei der Übertragung von Funksignalen (telefonieren mit dem smart phone).
Wärme leiten, optimale Temperaturen, Wohlfühltemperaturen erhalten
Wie der menschliche Körper sich in bestimmten Temperaturbereichen wohl fühlt, so ist es auch in vielen technischen Anwendungen. Dieser Aspekt wird durch das Wärmemanagement oder Thermomanagement sichergestellt.
Synergie und Analogie durch menschliche Kontakte
Kontakte und die Kontaktmechanik sind so vielfältig wie das Leben
Menschliche Kontakte oder persönliche Kontakte helfen uns bei der Orientierung. Sie sind erforderlich um einen Bezug herzustellen. Durch die Kontakte ist jedoch auch eine Kommunikation erforderlich, um sich Anderen mitzuteilen. Vorteilhaft, wie oben beschrieben entstehen dadurch auch gegenseitige Befruchtung und Synergieeffekte.
Nicht zu vergessen: die Sinne des menschlichen Körpers und die Anatomie. Der menschliche Körper ist mit zahlreichen Rezeptoren bestückt. Rezeptorzellen, Sensoren, Sensorzellen oder auch Sinneszellen genannt. Diese ermöglichen zu sehen, zu riechen, zu schmecken, zu hören und zu fühlen. Der menschliche Körper besteht zudem aus einer Vielzahl an Gelenken und Kontakten. Mit der nötigen Intelligenz zur Koordination und oft etwas Übung ermöglicht das immer wieder erstaunliche Ergebnisse und neue Rekorde. Zudem wird durch das Monitoring eine Überlastung erkannt und so Störungen vermieden.
Die Aufgabe des contactengineering: Kontakte entwickeln und die Kontaktelemente gestalten
Ziele in der Entwicklung und im Design sind zuerst die Anforderungen und Funktionen zu kennen und zu beschreiben. Danach gilt es die richtige Kontaktart auszuwählen, dabei helfen z.B. die Konstruktionsmethoden. Ob der Kontakt auch alle Anforderungen erfüllt wird ständig im Auge behalten z.B. ob die erforderliche Lebensdauer erreicht wird.
Herausforderung in der Berechnung und Simulation von Kontakten ist, diese möglichst realitätsnah zu beschreiben. Das beginnt mit der einfachen Berechnung der Hertzschen Pressung, der Verformungen, der Spannungen und der Flächenpressungen im Kontakt. Ziel ist es wichtige Einflüsse zu beschreiben. Durch die erweitere Berechnung mit Hilfe der Finiten Elemente Methoden (FEM) können jedoch auch weitere wichtige Einflüsse berücksichtigt werden, wie z.B. Oberflächen, Rauheit, Eigenspannungen. Zudem wird auch das Materialverhalten, die Reaktion der Werkstoffe auf die Beanspruchung sehr genau beschrieben.
Diese Modelle ermöglichen ein gezieltes Gestalten in der Entwicklung. Modelle ermöglichen, dass auch Gesamtsysteme (eine komplette Maschine oder ein Fahrzeug) berechnet werden können und dass im Betrieb Diagnosen und vorbeugende Maßnahmen (predictive maintenance) durchgeführt werden können.
Tribologie und Reibung
In der Tribologie (Lehre der Reibung) werden Kontaktvorgänge sehr genau untersucht und optimiert. Die Vorgänge werden bspw. in verschiedene Kontaktmechanismen eingeteilt. Typische Versagensmuster werden dann verschiedenen Verschleißmechanismen zugeordnet.
Atomare Reaktionen und Interaktionen
Um Kontaktvorgänge besser zu verstehen werden atomare Reaktionen und Interaktionen insbesondere der Oberflächen untersucht und Reaktionen selbst auf atomarer Ebene simuliert. In Schmierstoffen oder Gleitbeschichtungen werden gezielt Zusätze/Additive eingesetzt um Gleiteigenschaften, Verschleißschutz, Korrosionsschutz und die Langlebigkeit zu verbessern.
Kontaktverbesserer, Einkoppelmedium
Kontaktverbesserer, Einkoppelmedium kennt, wer bereits eine Ultraschalluntersuchung miterlebt hat. Hier wird ein Gel als Gleitmittel und Kontaktverbesserer verwendet. In der Technik werden häufig Hilfsstoffe verwendet, z.B. zum kühlen und schmieren.
Kontakte und damit die Kontaktmechanik sind sehr umfangreich. Diese Aufzählung ist nur ein Streifzug und nicht vollständig. Ihre Fragen beantworten wir gerne. Link zur Kontakt-Seite