E-Book, Deutsch, 215 Seiten
Kies Technik einfach begreifen
1. Auflage 2016
ISBN: 978-3-446-45146-9
Verlag: Carl Hanser
Format: EPUB
Kopierschutz: 6 - ePub Watermark
Alltagsobjekte nachbauen und verstehen
E-Book, Deutsch, 215 Seiten
ISBN: 978-3-446-45146-9
Verlag: Carl Hanser
Format: EPUB
Kopierschutz: 6 - ePub Watermark
Dieses Buch beschreibt anhand von konkreten Beispielen zum Eigenbau die Herangehensweise und die technischen Prinzipien, nach denen ein Ingenieur arbeitet. Dabei reicht die Vielfalt der Beispiele mit dem Grundstoff Holz von der einfachsten Anwendung bis zu komplexeren Gestaltungen.
Konkrete Beispiele zu Fragen nach
- der Gestaltung von Erzeugnissen in harmonischen Proportionen,
- dem Abstimmen von mehreren Bauteilen und deren Zusammenfügen,
- der effektive Herstellung von vielen gleichen Teilen,
- der Abstimmung der Einzelteile aufeinander bei komplexen Baugruppen und
- die Bedeutung von Passungen und Toleranzen.
Die Erklärung von technischen Prinzipien mit konkreten Beispielen dient vor allem Studierenden vor oder in der Eingangsphase ihrer Ausbildung. Für besonders interessierte Jugendliche können die Beispiele als konkrete Bauanleitung gesehen werden.
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
| 2 | Wie wichtig Proportionen sind ? Ein Frühstücksbrettchen entsteht |
| 2.1 | Länge und Breite eines Frühstücksbrettchens |
| 2.1.1 | Proportionen bei flächigen Anwendungen |
Zu den uns unmittelbar umgebenden Alltagsgegenständen haben wir ein etwas gespaltenes Verhältnis. Es ist für uns selbstverständlich, dass sie voll und ganz ihre technische Funktion erfüllen. Von ihnen darf in keiner Weise eine mechanische, chemische oder sonstige Gefährdung ausgehen. Kaufentscheidend ist, dass sie uns ästhetisch ansprechen und gefallen. Andererseits ist man nicht bereit, diesen Gegenständen Aufmerksamkeit und Beachtung zu schenken. Abgelehnt werden Alltagsgegenstände, deren Gebrauch mit Wartung und Pflege verbunden ist. So können Messer aus rostfreiem Stahl zwar in der Spülmaschine gesäubert werden, die Klingen erreichen aber nicht die Eigenschaften eines geschichteten Damaszenerstahls, welcher unbedingt von Hand gereinigt werden muss.
Beim Umgang und der Nutzung unserer Alltagsgegenstände sind stimmige Proportionen der Objekte für angenehme Empfindung und Behaglichkeit wichtig. Teilweise fließt die Proportionierung eines Erzeugnisses bereits in die Normung ein.
An Normen müssen sich Hersteller von Erzeugnissen halten, wenn sie ihre Kunden mit den entsprechenden Produkten versorgen. So ist gewährleistet, dass die Nutzer definierte Produkte bekommen, die der zutreffenden Norm entsprechen.
Die Gestaltung mancher Erzeugnisse lehnt sich sehr eng an Normen an, bei der Entwicklung anderer Artikel gibt es nur wenige Vorgaben und beim Design können viele Freiheiten ausgelebt werden.
Eine allseits bekannte Norm bezieht sich auf das Papierformat. Bereits seit der Französischen Revolution haben wir in Europa festgelegte Proportionen. In unserem modernen Büroalltag ist die Verwendung des DIN A4-Formats mit einem Seitenverhältnis 1?:?1,41 ? oder genauer Eins zu Wurzel aus Zwei ? selbstverständlich. An dieses Format sind die Normgrößen für Versandtaschen und Hefter der C- und B-Reihe angelegt.
Größere oder kleinere Formate behalten diese Proportionen von eins zur Hälfte der Wurzel aus Zwei bei und werden jeweils durch das Halbieren an der längeren Seite oder das Verdoppeln der kürzeren Seitenlänge gebildet (Bild 2.1).
Bild 2.1 Die genormten Papierformate ergeben sich durch das Halbieren des längeren Seitenpaares des Rechtecks
So sind alle genormten Papierformate geometrisch ähnlich. Die Proportionen der Seitenverhältnisse gelten für alle vier Reihen von A bis D. Nur in Nordamerika sind Papierformate in Gebrauch, die von der Regel der geometrischen Ähnlichkeit im Verhältnis eins zu Wurzel aus Zwei abweichen.
Ausgangspunkt für die europäische Festlegung war, dass das Grundformat A0 einer Fläche von einem Quadratmeter entspricht. Auf diese Fläche beziehen sich die Gewichtsangaben für das flächige Papier. So kann durch einfaches Wiegen der Bögen die Qualität des Papiers ermittelt werden. Die kleineren Formate der Reihe ergeben sich durch das jeweilige Halbieren des Bogens. Diese Orientierung an der Halbierung des Bogens durch Faltung kommt aus dem Druckerhandwerk. Hier werden großformatige Bögen bedruckt und später zum Binden auf das Format des vorgesehenen Buches geschnitten. So vermeidet man bei diesem Arbeitsschritt mit der genormten Seitengröße einen Verschnitt an Papier.
Eine Alternative zur Halbierungsregel wäre die Orientierung am „Goldenen Schnitt“, bei dem das Seitenverhältnis von etwa 1?:?1,62 angestrebt wird und welches unter ästhetischen Gesichtspunkten am harmonischsten ist. Den exakten Wert ermittelt man einem Faktor F, der sich aus der Hälfte von 1 + v5 ergibt.
Bei papierlosen Trägern optischer Informationen wurden, ohne dass eine straffe Normung ein definiertes Seitenverhältnis vorgab, mehrere Formate genutzt (Bild 2.2).
Als Fernseher Mitte des letzten Jahrhunderts eingeführt wurden, betrug deren ursprüngliches Seitenverhältnis 4?:?3 und übernahm das ursprüngliche Filmformat der frühen Kinofilme. Da die Apparate damals das Prinzip der Braunschen Röhre anwendeten, konnte nur in einer begrenzten kreisähnlichen Fläche ein scharfes Bild dargestellt werden. Das gewählte Seitenverhältnis nahe der quadratischen Form und die Abrundung der Ecken der Quadrate waren für dieses System der Bilderzeugung vorteilhaft. Seit der Einführung der Flachbildschirme favorisiert man das Verhältnis von 16?:?9 für die Bildwiedergabe. Heute sind Tendenzen erkennbar, die zu einem Format 16?:?10 gehen.
Bild 2.2 Gängige Formate für die bildliche Darstellung
Auch wenn die ergonomischen Gegebenheiten für das Breitformat sprechen, war die Umstellung darauf für viele Menschen doch gewöhnungsbedürftig.
Weil die einzelnen Fernsehsender zu unterschiedlichen Zeitpunkten die Bildformate wechselten, mussten die Konsumenten entweder bei einem Kanalwechsel die Grundeinstellungen des Fernsehapparates ändern oder mit verzerrten Bildern, abgeschnittenen Rändern oder ungenutzten schwarzen Balken am Rand der Projektionsfläche vorlieb nehmen. Bei einigen Wiedergabegeräten wurde versucht, mit einer zusätzlichen Funktion das jeweilige Bildformat automatisch zu erkennen und die Einstellung eigenständig zu wechseln, doch nur mit eingeschränktem Erfolg. So wurden aufgrund des Formatwechsels dem Nutzer durch die unkoordinierte Umstellung Einschränkungen beim Fernsehkonsum zugemutet.
An diesem Beispiel zeigt sich, wie wichtig sinnvolle und beständige Normungen sind.
Bei der rein bildlichen Darstellung geht es um die Ästhetik der optischen Wirkung. Technologische Gründe ? wie die Minimierung des Verschnitts durch das Halbieren der längeren Seitenfläche bei den Papierformaten ? sind hier sekundär.
| 2.1.2 | Proportionen bei mechanischer Belastung |
Für funktionale Gegenstände, die mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, müssen aber neben den ästhetischen Ansprüchen vor allem funktionale Überlegungen angestellt werden.
Das gilt auch für Frühstücksbrettchen, für die sich Holz neben Kunststoff als Material am besten geeignet zeigte. Es fasst sich gut an und beim Schneiden auf dieser Unterlage nutzen sich die Messer nicht ab. Dieser Rohstoff zeigt in den einzelnen Belastungsrichtungen unterschiedliche Werkstoffeigenschaften. In Wachstumsrichtung können deutlich größere Kräfte aufgenommen werden als quer dazu. Werden quadratische Brettchen durch Biegung stark belastet, verformen sie sich quer zur Faser stärker als längs dazu. Sie brechen immer quer zur Faser (Bild 2.3).
Bild 2.3 Belastung einer quadratischen Holzplatte
In Faserrichtung kann Holz größere Kräfte aufnehmen als quer dazu. Man bezeichnet ein solches Materialverhalten auch als anisotrop. Holz hat in Faserrichtung einen etwa um Faktor zehn bis zwanzig größeres Modul als quer zu den Fasern. Damit das Material bei Biegung einigermaßen gleichmäßig belastet wird, darf man keine quadratische Platte benutzen, in der Art, wie sie in Bild 2.3 gezeigt wird, sondern muss ein Rechteck mit einer in Faserrichtung deutlich längeren Seite verwenden, so wie wir es von der Geometrie eines Brettes her kennen.
Für das beabsichtigte Frühstücksbrettchen bedeutet dies, dass eine quadratische oder kreisrunde Form im Sinne der belastungsgerechten Materialausnutzung ungeeignet ist.
Vollkommen unzweckmäßig sind Brettchen, die quer zur Faserrichtung eine längere Ausprägung haben als in der Wachstumsrichtung des Holzes. Diese brechen schon bei geringsten Belastungen. Wenn schon nicht als Frühstücksbrettchen, kann man genau solche Brettchen verwenden, um seine Mitmenschen zum Beispiel als Karatekämpfer zu beeindrucken, dem es gelingt, mühelos Holzstücke mit bloßen Händen zu zertrümmern ? und das ohne viel Training.
Wie bei Brettern üblich, sollten auch Frühstücksbrettchen in Faserrichtung länger sein als quer zu dieser. Techniker wünschen sich natürlich am liebsten eine genaue Vorgabe, wie eine gleichmäßige Kraftverteilung zwischen der Ausrichtung in Faserrichtung und quer dazu möglich wird. Auch in der Zeit der Computersimulation ist hier keine genaue Angabe möglich.
Schon weil Holz ein Naturprodukt ist, können genauen Aussagen zu den einzelnen Materialkenngrößen nicht getroffen werden. Unsere Hölzer werden aus unterschiedlichen Baumarten gewonnen. So unterscheiden sich natürlich die Werte für die Festigkeit und auch die Ausprägung der Anisotropie zwischen Faserrichtung und quer zu dieser für Holz zum Beispiel aus Pappel, Kiefer, Esche, Buche beziehungsweise Weißbuche und Eiche.
Auch die Umgebungsbedingungen bei der Lagerung sind für die Werkstoffeigenschaften von Holz entscheidend. So hängen die Materialeigenschaften vom Holz stark vom Feuchtegrad ab. Die Festigkeit in Richtung quer zu den Fasern ist für feuchtes Material besser als bei ausgetrocknetem Holz. Wenn Bretter extrem trocken gelagert werden und keine Oberflächenbehandlung den Wasserverlust verhindert, kann es sogar vorkommen, dass die Brettchen auch ohne Lasteinwirkung in Längsrichtung reißen und ausgesondert werden müssen.
Auch wenn aufgrund der Wechselwirkungen des Werkstoffs Holz mit seiner Umwelt keine genaue Angabe zu einem belastungsgerechten Seitenverhältnis getroffen werden kann, gilt die Aussage, dass immer das längere Seitenpaar eines Rechtecks in Faserrichtung des...
