Technische Systeme dienen der Realisierung von Funktionen. Wichtige Elemente von Systemen sind die Kontakte und Verbindungen. Kontakte haben Aufgaben wie die Übertragung von
- Kräften oder Energien bspw. in Antrieben
- von Signalen, Daten oder Impulsen bspw. in der Kommunikation
- von Stoffen und Medien, dabei dichten, schirmen oder sperren die Kontakte bspw. durch einen Wasser-Absperrhahn
Um diese Aufgabe zu erfüllen, interagieren die Oberflächen.
Funktionierende und zuverlässige Kontakt und Schnittstellen.
Kontakte
Kontakte sind Schlüsselstellen, die Achillessehne der technischen Systeme. Jeden Tag und millionenfach verlassen wir uns darauf, dass diese funktionieren.
Kontakte ermöglichen Impulse
Kontakte ermöglichen die Übertragung von Impulsen oder auch von Stößen. Hier kommt nun die Dynamik mit ins Spiel. Die Mechanik unterscheidet zwischen dem elastischen Stoß und dem plastischen Stoß. Beim elastischen Stoß wird die kinetische Energie von Körper zu Körper übertragen, wie von einer Billardkugel auf die andere. Die Werkstoffe bleiben elastisch und erfahren keine bleibende Verformung plastische Verformung. Beim plastischen Stoß dagegen wird zumindest ein Körper bleibend Verformt. Dadurch wird auch kinetische Energie umgewandelt. Beispiele sind die Knautschzone im Auto oder auch ein Pfahl der in den Boden gerammt wird. Impulse werden auch für Antriebe verwendet bzw. Bewegungen und Beschleunigungen werden mit Hilfe der Impulserhaltung erklärbar.
Die Impulserhaltung in Kombination mit der Dynamik führt zu interessanten Möglichkeiten. So kann man sich selbst auf einer Schaukel sitzend anschucken oder eben doch auch eine Auto von innen anschieben.
Dynamik am Beispiel eines Kindersitzes durch einen anderen auffahrenden Verkehrsteilnehmer.
Kontaktdynamik am Beispiel eines Kinderautositzes
Die sicherheitsrelevanten Schwachstellen des FamiliyFix-Systems, die Zuverlässigkeit der zahlreichen Einrastungen oder wenn ein Verkehrsteilnehmer auf das eigene Auto auffährt. Kontaktdynamik am Beispiel eines Kindersitzes. Die tiefe Aufnahme, der Anschlag des Sitzes nach hinten und die höher liegenden Schwerpunkte führen bereits bei einer relativ geringen Beschleunigung (ab der 1,9-fachen Erdbeschleunigung) zum Kippen nach hinten des Kindersitzes. Diese Beschleunigung wird bereits bei geringen Geschwindigkeiten des Auffahrenden, ab ca. 20 km/h erreicht. Das zeigt eine einfache mechanische Betrachtung.
In der Abbildung sind die waagrechten Massenträgheitskräfte durch die Beschleunigung a, sowie die senkrechten Gewichtskräfte durch die Erdbeschleunigung g eingezeichnet.
Das Ergebnis für die genannten Randbedingungen und die getroffenen Annahmen: Die Pebble-Babyschale wird bei einer Beschleunigung ab 18,7 m/s², oder bei 1,9-facher Erdbeschleunigung nach hinten kippen, bis der Haltebügel gegen die Rückenlehne schlägt und so ein weiteres Kippen verhindert. Diese Situation ist in der unteren Abbildung schematisch dargestellt. Beim Kindersitz oder bei einer abgewinkelten Base erfolgt die Abstützung an der Rückenlehne bereits bei kleinerem Kippwinkel.
Mechanische Kontakte und Lager, Maschinenelemente und Verbindungselemente
Lagerungen werden in Wälzlager und Gleitlager unterschieden. Die Gliederung der Maschinenelemente und Verbindungselemente erfolgt in stoffschlüssig, reib-/kraftschlüssig und formschlüssige Verbindungen.
Kontaktmechanik
Kontakte auf den Punkt gebracht. Sobald sich zwei Körper berühren oder interagieren entstehen Kontakte. Die Kontaktmechanik beschreibt die Vorgänge in Kontakten.
Physikalische Effekte und Wirkzusammenhänge in Systemen
Physikalische Effekte in Systemen ermöglichen Teilfunktionen einfach und robust zu realisieren. Möglichkeiten sind beispielsweise
- Kraft übertragen durch Reibung
- Kraftverstärkung durch Hebelverhältnisse, Druck- und Flächenverhältnisse
- Volumenänderung durch Wärmedehnung => Kraft oder Weg erzeugen z.B. für eine Regelventil oder einen Bi-Metall-Schalter am Bügeleisen
Die Lösungsmöglichkeiten sind teilweise inspiriert durch die Natur und Bionik. Daher sind diese unerschöpflich und auch für die Diagnose von Kontakten anwendbar.
Diese Möglichkeiten aufzuzeigen und die richtige Lösung für Ihre Innovation zu finden gehört zu unseren Kompetenzen und Leistungen.
Parallelen zur Verbesserung von Lebensdauer und Verschleißschutz, aus einer nicht technischen Sichtweise
Gerade auch die Natur bietet viele Lösungen um Mensch, Tier und Pflanzen vor Verschleiß zu schützen und damit Alterungsprozesse zu verzögern. Diese Lösungen werden in die Technik übertragen. Der Brückenschlag zwischen der Biologie und der Technik, ist die Bionik.
Parallelen sind beispielsweise
- der Schutz vor Umwelteinflüssen, die Haut vor zu viel Sonne schützen. Für die Technik bedeutet das bspw. Heißlaufen zu vermeiden, zu kühlen bzw. Ruhepausen zum Abkühlen einzuplanen, vor Strahlung zu schützen z.B. durch Gehäuse oder Farbe mit UV-Lichtschutzfaktor bzw. durch geeignete Füllstoffe.
- Überlastung, einseitige ungünstige Belastungen von Gelenken vermeiden. Für die Technik bedeutet das bspw. für Druckentlastung sorgen, Bewegungen harmonisch und für eine gute Nährstoffversorgung zu gestalten, für Druckentlastung sorgen, u.ä.
- Richtige gesunde Ernährung, Stoffwechsel, Nährstoffversorgung. Für die Technik bedeutet das bspw. Schmierstoffe gut auszuwählen, richtige Additive zuzusetzen, Schadstoffe, Ablagerungen vermeiden und regelmäßiges warten und reinigen.
- Aufwärmphase, Einlaufphase. Für die Technik bedeutet das bspw. neue Systeme einzufahren z.B. werden Einläufe in tribologischen Systemen mit besonderen Schmierstoffen und bestmöglichen Lastkollektiven durchgeführt. Dadurch bilden sich bspw. sehr glatte Kontaktoberflächen und damit gute Voraussetzungen für den späteren Betrieb.
- Vorsorgeuntersuchungen einplanen. Für die Technik bedeutet das bspw. regelmäßige Wartung, prädiktive Instandhaltung, Fehler, die zu mehr Verschleiß führen würden, frühzeitig zu erkennen und zu beheben.
Kontakte in Fertigungsverfahren, Herstellverfahren
Die DIN 8580 ordnet die Fertigungsverfahren in sechs Hauptgruppen
- Urformen bspw. Verschleiß in Formen durch glasfaserverstärkte Kunststoffe
- Umformen bspw. Werkzeugverschleiß und Schmierstoffe
- Trennen, spanen bspw. Werkzeugverschleiß und Kühl-Schmierstoffe
- Fügen, verbinden bspw. form-, kraft- und stoff-schlüssigen Verbindungen und Maschinenelemente
- Beschichten bspw. Verbesserung der der tribologischen Eigenschaften und Verschleißfestigkeit
- Stoffeigenschaften ändern bspw. tribologischen Eigenschaften und Benetzungsfähigkeit
An allen Gruppen sind Kontakte oder zumindest die Auswirkung auf die Kontakte von zentraler Bedeutung.
Elektrische Kontakte und elektrische Systeme
Elektrische Kontakte bilden eine kontinuierliche zuverlässige Verbindung bzw. sind steckbar oder sogar schaltend.
Funktionierende und zuverlässige Kontakt und Schnittstellen. Hier ein Beispiel für durch die Beanspruchungen ermüdete Kontaktoberfläche.
Kontaktprobleme und Problemlösungen
Das Ziel und die Motivation ist ein Problembewusstsein zu schaffen, das hilft Fehler zu erkennen, Schäden zu vermeiden und Abhilfemaßnahmen aufzuzeigen.
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