月: 2023年6月

Was ist Kanamycin?

Kanamycin ist ein Aminoglycosid-Antibiotikum, das zuerst in Japan entdeckt wurde.

Kanamycin wird hauptsächlich als Antibiotikum zur Behandlung infektiöser Enteritis und als Testreagenz verwendet. Es wurde 1956 von Hamao Umezawa und Kollegen anhand von Bakterien in Bodenproben aus der japanischen Präfektur Nagano entdeckt.

Eine künstliche Totalsynthese ist zwar möglich, eignet sich aber nicht für die industrielle Massensynthese, so dass für die industrielle Produktion in der Regel die Biosynthese mit Mikroorganismen eingesetzt wird.

Anwendungen von Kanamycin

Kanamycin wird hauptsächlich in Arzneimitteln (Antibiotika) und Testreagenzien verwendet. Kanamycin hemmt die bakterielle Proteinsynthese und die Entwicklung von grampositiven und gramnegativen Bakterien, wodurch es seine antibakterielle Wirkung entfalten kann.

Es wird als orales Arzneimittel bei infektiöser Enteritis beim Menschen eingesetzt, da es besonders gegen Dysentrea, Escherichia coli und Vibrio parahaemolyticus wirksam ist. Es wird auch als Injektion, Futtermittelzusatz und Euterspritze zur Behandlung von Infektionen (Lungenentzündung, Bronchitis, bakterielle Diarrhö, etc.) verwendet, die durch E. coli, Salmonellen usw. bei Rindern, Schweinen, Geflügel und Hunden verursacht werden.

Als Testreagenz kann es als Reagenz für die Erforschung von Arzneimittelresistenzfaktoren, als Nährbodenzusatz, als Reagenz für die Gentechnik, als Reagenz für das Klonen von Genen, etc. sowie für die Lebensmittelanalyse verwendet werden.

Eigenschaften von Kanamycin

Kanamycin, das als pharmazeutisches Produkt verwendet wird, ist eine organische Verbindung mit der CAS-Nummer 25389-94-0, der Summenformel C18H36N4O11・H2SO4 und dem Molekulargewicht 582,58. Kanamycin ist ein weißes bis leicht blassgelbes Pulver, das in Wasser gut löslich ist. In Ethanol und Ether ist es praktisch unlöslich.

Wenn man allgemein von Kanamycin spricht, meint man ein pharmazeutisches Produkt. Andere Bezeichnungen für Kanamycin als pharmazeutisches Produkt sind Kanamycin-Monosulfat und Kanamycin-Sulfat. Als Testreagenz wird Kanamycin als Kanamycinmonosulfat bezeichnet, eine organische Verbindung mit der CAS-Nummer 25389-94-0.

Enthält die Verbindung mehr als ein Sulfatmolekül (Summenformel: C18H36N4O11・nH2SO4), lautet der Name der Verbindung Kanamycin-Sulfat. In diesem Fall lautet die CAS-Nummer 133-92-6. Die Wirkungen und Verwendungen von Kanamycinsulfat und Kanamycinmonosulfat als Reagenzien sind nahezu identisch. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, sie nicht zu vermischen, wenn sie je nach Inhalt des Experiments unterschiedlich verwendet werden müssen.

Kanamycin-Monosulfat und Kanamycin-Sulfat sind im Handel bei verschiedenen Reagenzienherstellern erhältlich, doch sollten Sie vor dem Kauf und der Verwendung immer den Namen der Verbindung, die CAS-Nummer und das Molekulargewicht überprüfen.

Weitere Informationen zu Kanamycin

1. Kanamycin als Naturstoff

Bei der Verwendung der nicht sulfatierten, natürlichen Verbindungen der Kanamycine als Testreagenzien sollte auch auf die Namen geachtet werden. Je nach endständigem Substituenten haben sie eindeutige Verbindungsnamen wie Kanamycin A, Kanamycin B, Kanamycin C, Kanamycin D usw.

Bei den Kanamycinen, die als Ausgangsstoffe für Kanamycinmonosulfat und Kanamycinsulfat verwendet werden, handelt es sich hauptsächlich um Kanamycin A. Einige Reagenzien können bis zu 5 % Kanamycin B enthalten.

2. Stabilität des Kanamycins

Die Lösungen sind sehr stabil und bei Lagerung bei 5 °C bleibt der Titer 2 Tage lang unverändert. Pulverförmige Reagenzien und wässrige Lösungen sind im Handel erhältlich und es wird empfohlen, beide unter gekühlten Bedingungen zu lagern. Kanamycin kann auch durch Licht verändert werden.

3. Gefährliche Eigenschaften von Kanamycin

Kanamycin ist eine Verbindung, die als Arzneimittel verwendet wird und für den menschlichen Körper nicht gefährlich oder schädlich ist. Bei der Verwendung als Reagenz ist jedoch Vorsicht geboten, denn es wird empfohlen, persönliche Schutzausrüstung wie Schutzbrille und Schutzhandschuhe zu tragen.

4. Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Kanamycin

Kanamycin kann sich beim Mischen mit starken Oxidationsmitteln zersetzen. Starke Oxidationsmittel sind daher als gefährlicher Stoff für die Vermischung mit Kanamycin ausgewiesen.

Bei der Entsorgung von Kanamycin ist darauf zu achten, dass kontaminierte Abwässer nicht in die Umwelt gelangen. Es sollte ordnungsgemäß entsorgt werden, z. B. durch Beauftragung eines spezialisierten Abfallentsorgungsunternehmens.

Was ist Bohren?

Bohren ist ein Bearbeitungsverfahren, bei dem das Werkstück eingespannt und mit einem rotierenden Werkzeug wie einer Bohrmaschine ein zylindrisches Loch gebohrt wird.

Im Allgemeinen umfasst die Bearbeitung nicht nur das einfache Bohren, sondern auch das anschließende Reiben, um das Innere des Lochs fertig zu stellen, und das Gewindeschneiden, um das Innere des Lochs mit einem Gewinde zu versehen.

Anwendungen des Bohrens

Das Bohren wird mit verschiedenen Bohrern an Werkstücken wie Holz, Stahl, Aluminium und Stahlplatten durchgeführt. Es ist wichtig, den richtigen Bohrer und die richtige Schneidmethode für das zu bearbeitende Material und die Blechdicke auszuwählen.

1. Einfaches Bohren

Bei diesem Verfahren werden mit verschiedenen Bohrern Löcher in das Werkstück gebohrt. Operationen, die bis zur Außenseite des Werkstücks vordringen, sind Durchgangsbohrungen. Bearbeitungen, bei denen das Bohren in der Mitte abgebrochen wird, werden als Anschlagsbohrungen bezeichnet.

2. Bohren

Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem in das gebohrte Schraubenloch zusätzlich ein breiteres Loch von etwa 1 mm Tiefe gebohrt wird, um den Schraubenkopf zu verdecken und das Festziehen der Schraube zu gewährleisten. In diesem Fall werden Werkzeuge wie Schaftfräser für die Bearbeitung von durch Schmieden oder Gießen hergestellten Gewindelöchern verwendet.

3. Reiben

Hierbei handelt es sich um eine Bearbeitungsmethode, mit der das Innere eines mit einem Bohrer gefertigten Lochs glatt und präzise bearbeitet wird. Das Stangenwerkzeug, das als Reibahle bezeichnet wird, wird mit der Innenseite des Bohrlochs in Kontakt gebracht, um die Oberflächenrauhigkeit und die Rundheit zu verbessern. Die Schneide der Reibahle wird kontinuierlich am Werkstück gerieben, um eine hochpräzise Bearbeitung zu ermöglichen.

4. Gewindeschneiden

Dies ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gewindes in einem mit einem Bohrer gefertigten Loch. Ein spiralförmiges Gewindewerkzeug, der so genannte Gewindebohrer wird in das Loch eingeführt und dreht sich dabei, um das Gewinde zu erzeugen.

Funktionsweise des Bohrens

Beim Bohren wird mit einem Werkzeug wie einem Bohrer oder einer Reibahle ein Loch in ein festes Material gebohrt. Es wird ein Loch gebohrt, indem die Schneide rotiert und die Kontaktfläche des Werkstücks weggeschnitten wird.

Da grundsätzlich Späne anfällt, hat der Bohrer einen Führungsteil zum Ausstoßen der Späne, einen Schaftteil zur Befestigung in einem Halter und einen Spiralbohrerteil zum Bohren von Löchern.

Arten des Bohrens

Es gibt fünf Hauptarten des Bohrens: Flachbohren, Tiefbohren, Vollbohren, Trepanieren und Senkbohren.

1. Flachbohren

Hierbei handelt es sich um ein Bearbeitungsverfahren, bei dem die Länge des Lochs weniger als das Dreifache des Bohrdurchmessers beträgt. Dieses Verfahren wird üblicherweise in der Holzverarbeitung eingesetzt.

2. Tiefbohren

Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem die Länge des Lochs mehr als das 10-fache des Bohrdurchmessers beträgt. Beim Tiefbohren besteht die Gefahr, dass der Bohrer während des Prozesses abbricht, weshalb die Arbeitsbedingungen genau überwacht werden müssen.

3. Vollbohren

Dies ist ein Verfahren zum Bohren von massiven (rohen) Werkstücken.

4. Trepanieren

Bei diesem Verfahren wird um das Loch herum gebohrt, wobei in der Mitte des Lochs ein zylindrischer Kern zurückbleibt. Mit dieser Methode wird das Werkstück durchdrungen, um einen Kern in der Bohrung zu hinterlassen.

5. Senkbohren

Hierbei handelt es sich um eine Bearbeitungsmethode, bei der ein bereits bearbeitetes Loch vergrößert wird. Die fertige Oberfläche im Inneren des Bohrlochs wird mit noch höherer Präzision bearbeitet.

Weitere Informationen zum Bohren

Beim Bohren verwendete Maschinen

Beim Bohren werden hauptsächlich fünf Arten von Maschinen verwendet: Bohr-, Dreh- und Fräsmaschinen, Bearbeitungs- und Drehzentren.

1. Bohrmaschine

Bohrmaschinen sind typische Maschinen zum Stanzen. NC-Bohrmaschinen mit NC-Vorrichtungen können durch NC-Programme gesteuert werden (NC-Bearbeitung).

2. Drehmaschine

Drehmaschinen können mit Bohrern und Ausbohrmaschinen zum Bohren ausgestattet werden. Einige Drehbänke sind mit einer NC-Vorrichtung ausgestattet.

3. Fräsmaschine

Eine Fräsmaschine ist mit einem Bohrer ausgestattet und letzterer wird gedreht, um Stanzen in das Werkstück zu bohren; einige sind mit einer NC-Einrichtung ausgestattet.

4. Bearbeitungszentren

NC-Bearbeitungszentren dienen zur Bearbeitung einer Vielzahl von Werkstücken, ohne das Werkstück zu wechseln. Fräsen und Bohren können am Werkstück durch Aufsetzen einer Fräsmaschine oder einer Bohrmaschine durchgeführt werden. Normalerweise werden drei Achsen verwendet, aber Fünf-Achsen-Bearbeitungszentren, bei denen zwei Dreh- und zwei Schwenkachsen hinzukommen, können auch dreidimensionale und komplexe Bearbeitungen durchführen.

5. Drehzentren

Diese Maschinen sind multifunktionaler als die NC-Drehmaschinen, sie sind mit Drehwerkzeugen und automatischen Werkzeugwechslern (ATC) ausgestattet und können mit Bohrern und Fräsern versehen werden, um Löcher in das Werkstück zu bohren.

Was ist Ornithin?

Ornithin ist eine spezielle Aminosäure, eine der vielen Arten von Aminosäuren, die mit dem Blut im Körper zirkuliert.

Besonders aktiv ist es in der Leber. Ornithin kommt auch in natürlichen Organismen vor, und das berühmteste ornithinhaltige Lebensmittel ist Kaulbarsch. Der Grund dafür, dass Kaulbarsch gegen Kater helfen soll, ist, dass das Ornithin in Kaulbarsch die durch Alkohol verursachte Müdigkeit hemmt.

Außerdem soll Ornithin die Ausschüttung von Wachstumshormonen fördern und den Schlaf verbessern. Ornithin ist eine Aminosäure, die eine positive Wirkung auf den Körper hat.

Anwendungen von Ornithin

Ornithin wird hauptsächlich als Nahrungsergänzungsmittel zur Gesunderhaltung des Körpers verwendet. Als Industrierohstoff wird es kaum verwendet.

Ornithin ist in Nahrungsergänzungsmitteln und manchmal in Nahrungsgetränken enthalten. Es wird erwartet, dass die Zufuhr von Ornithin, das allein in der täglichen Ernährung fehlt, die Leberfunktion, das körperliche Wachstum und den Schlaf verbessert.

Die Einnahme von Ornithin verbessert nicht nur die Fähigkeit der Leber, das für den Körper schädliche Ammoniak zu entgiften, sondern dürfte auch die Ausschüttung von Wachstumshormonen während des Schlafs fördern. Außerdem verbessert es die Qualität des Schlafs, indem es die Ausschüttung von Stresshormonen verringert, was für beide Geschlechter von Vorteil sein kann.

Eigenschaften von Ornithin

Ornithin ist eine Art freie Aminosäure, die mit dem Blut durch den Körper wandert. Viele der allgemein bekannten Aminosäuren bilden die Proteine, aber Ornithin ist keine proteinbildende Aminosäure. Mit anderen Worten: Ornithin ist keine Aminosäure, die im Körper vorhanden ist, um Proteine zu bilden, sondern eine Aminosäure, die im Körper frei ist.

Da Ornithin eine natürlich vorkommende Substanz ist, gilt sie als sicher. Die Einnahme von zu viel Ornithin ist jedoch schlecht für die Leber, da sie eine übermäßige Leberfunktion verursacht.

In ausreichenden Mengen eingenommen, kann Ornithin die Entgiftung der Leber verbessern, die Muskelsynthese fördern und die Ermüdung nach dem Sport verringern.

Struktur von Ornithin

Die Molekularstruktur von Ornithin ähnelt der von Citrullin und Arginin, die zur gleichen Aminosäurefamilie gehören. Ornithin, Citrullin und Arginin sind für die Reaktion in der Leber zur Umwandlung von giftigem Ammoniak in Harnstoff erforderlich. Der Reaktionskreislauf, der giftiges Ammoniak in Harnstoff umwandelt, wird Ornithin-Kreislauf oder Harnstoffzyklus genannt.

Toxisches Ammoniak entsteht zum Beispiel nach dem Abbau von Aminosäuren oder nach anstrengender körperlicher Betätigung. Im Ornithinkreislauf wird Ammoniak zunächst mit Ornithin zu Citrullin verbunden. Eine weitere enzymatische Reaktion führt dazu, dass aus Citrullin Arginin wird, gefolgt von Harnstoff. Wenn Harnstoff entsteht, wird Ornithin im Kreislauf regeneriert.

So reagiert das im Körper giftige Ammoniak in der Leber mit Ornithin und wird über Citrullin und Arginin in Harnstoff umgewandelt. Daher haben Teile des Ornithin-Moleküls fast die gleiche Struktur wie Teile der entsprechenden Moleküle von Citrullin und Arginin. Es wird angenommen, dass Ornithin die Reaktionen des Ornithin-Kreislaufs erleichtert und somit die Entgiftungsfunktion der Leber verbessert.

Weitere Informationen über Ornithin

1. Ornithinhaltige Lebensmittel

Die Hauptzutat, die reich an Ornithin ist, ist Shijimi, aber andere Zutaten neben Shijimi sind Pilze wie Buchenpilze und Eringi-Pilze, Gelbflossenthunfisch, Plattfisch und Käse. Studien haben gezeigt, dass der Ornithin-Gehalt pro 100 g jeder Zutat etwa 20 mg für Shijimi, 140 mg für Buchenpilze, 30 mg für Eringi-Pilze und 2-7 mg für Gelbflossenthunfisch beträgt.

2. Sicherheit von Ornithin

Es wird angenommen, dass Ornithin keine größeren Nebenwirkungen hat, aber eine übermäßige Einnahme kann Bauchschmerzen und Durchfall verursachen. Nehmen Sie nicht zu viel davon zu sich, nur weil es gut für Sie zu sein scheint.

Was ist Plasmaschneiden?

Plasmaschneiden ist ein Verfahren zum Schmelzen und Schneiden von Metall mit Hilfe eines hoch erhitzten Plasmastroms, der durch eine Plasmaentladung zwischen dem Metall des Werkstücks und einer Wolframelektrode erzeugt wird.

Die Oberflächentemperatur des Werkstücks, das mit einer Plasmaentladung oder einem Plasmastrahl besprüht wird, kann bis zu 20 000 °C erreichen, wodurch es möglich ist, jede Art von Metall zu schneiden. Der Bereich um den Plasmastrahl herum wird ebenfalls heiß, so dass es üblich ist, die Düse mit Kühlwasser oder ähnlichem zu kühlen.

Anwendungen des Plasmaschneidens

Das Plasmaschneiden wird vor allem zum Schmelzen von Edelstahl und Aluminiumlegierungen, die sich mit Gas nur schwer schmelzen lassen sowie zum Hochgeschwindigkeitsschneiden von Baustahl eingesetzt. Im Prinzip können fast alle Metalle und einige nichtmetallische Werkstoffe geschnitten werden. In der Praxis wird es jedoch häufig für Baustahlbleche von dünnen Blechen bis zu 30 mm verwendet.

Zu den häufigsten Anwendungen gehören das Baugewerbe, die Herstellung von Spezialfahrzeugen wie Lastwagen, Gabelstaplern und Hydraulikbaggern, Anlagen wie Kraftwerke und Hafenkräne sowie das Schneiden von Stahl für Eisenbahnen, Brücken und Schiffe.

Funktionsweise des Plasmaschneidens

Je höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto mehr ändert er seinen Zustand von fest zu flüssig und von flüssig zu gasförmig. Wenn die Temperatur des Gases weiter steigt, trennen sich die Atome des Gases in freie Elektronen und Ionen und werden zu einem ionisierten Gas. Die Elektronen werden dann aus ihren Atomumlaufbahnen befreit und wandeln sich in ein Plasma um, das als vierter Aggregatzustand bezeichnet wird.

Plasmaentladungen werden durch eine Plasmabogenentladung zwischen dem Werkstück und einer Hartmetallelektrode erzeugt. Die Lichtbogenentladung bringt das Werkstück bei hohen Temperaturen zum Schmelzen.

Um die Dichte des Plasmalichtbogens weiter zu erhöhen, wird der Lichtbogen durch Wasserkühlungsdüsen oder andere Mittel gebremst und gekühlt. Der Plasmalichtbogen ist dann eingeschnürt, und die Energie wird nicht mehr verteilt, sondern kann auf einen einzigen Punkt konzentriert werden.

Es gibt verschiedene Methoden des Plasmaschneidens, abhängig von der Art des Gases, das die von den Elektroden ausgehende Plasmaentladung umgibt:

1. Luft-Plasmaschneiden

Bei dieser Schneidmethode wird Luft als Plasmastrahl verwendet. Dies ist die modernste Methode des Plasmaschneidens und es wurden bereits viele kleine Geräte entwickelt. Es gibt kleine Plasmaschneidgeräte für den persönlichen Heimgebrauch.

2. Sauerstoff-Plasmaschneiden

Bei diesem Schneidverfahren wird Sauerstoff als Plasmastrahl verwendet. Dabei werden die Plasmaentladung und die Verbrennungswärme des Sauerstoffs genutzt, was ein Schneiden mit sehr hoher Energie ermöglicht. Es wird zum Schneiden von Stahl mit automatischen Hochgeschwindigkeitsschneidanlagen verwendet, insbesondere zum Schneiden von Stahl bei Brücken und im Schiffbau.

3. Wasserstoff-,Argon-Plasmaschneiden

Bei diesem Schneidverfahren werden Wasserstoff, Argon und Stickstoffgas gemischt. Der Wasserstoff hat eine reduzierende Wirkung, die der geschnittenen Metalloberfläche einen schönen metallischen Glanz verleiht. Dieses Verfahren wird hauptsächlich zum Schneiden von Nichteisenmetallen verwendet.

4. Stickstoff-Plasmaschneiden

Dies ist das älteste Schneidverfahren mit Stickstoff als Plasmastrahl. Aufgrund der durch die verwendeten Gase entstehenden Stickoxide wird es in den letzten Jahren immer seltener angewandt und wurde durch das Sauerstoffplasma ersetzt.

Weitere Informationen zum Plasmaschneiden

1. Vorteile des Plasmaschneidens

Bearbeitungsmöglichkeit einer großen Vielfalt von Materialien

Das Plasmaschneiden kann für fast alle Werkstoffe verwendet werden, die sich unter Strom setzen lassen. Es wird häufig zum Schneiden von dünnen Blechen bis zu 30 mm aus Baustahl verwendet.

Schneiden von gekrümmten Linien

Beim Plasmaschneiden können sowohl gekrümmte als auch gerade Linien geschnitten werden und es können komplexe und vielfältige Produktformen hergestellt werden.

Schneiden von rostfreiem Stahl und Aluminiumlegierungen

Brennschneiden ist eine Methode zum Schneiden von Metallen durch Oxidation. Edelstahl und Aluminiumlegierungen lassen sich nur schwer schneiden, da sie nicht leicht oxidieren. Mit Plasma ist das Schneiden einfach.

Hohe Schneidgeschwindigkeit

Da als Wärmequelle Hochtemperaturplasma verwendet wird, ist die Schnittgeschwindigkeit höher als beim Gas- oder Laserschneiden. Außerdem wird die Schnittfläche weniger verformt und die Auswirkungen des Schmelzens werden reduziert.

Niedrige Betriebskosten

Es wird kein brennbares Gas wie beim Brennschneiden benötigt und eine 200-V-Stromversorgung und ein Luftkompressor genügen. Das für die Entladung verwendete Wolframkarbid ist nicht verbrauchbar.

2. Nachteile des Plasmaschneidens

200-V-Stromversorgung erforderlich

Es ist nicht geeignet für Außenbereiche, in denen es keine 200-V-Stromversorgung in der Nähe gibt oder in denen nur 100 V verteilt sind.

Schlackenaufbereitung erforderlich

Beim Plasmaschneiden muss die Schlacke aus dem Schmelzbereich behandelt werden. Wenn Schlacke in der Anlage verbleibt, treten bei den folgenden Arbeitsgängen Fehler auf, die die Qualität des Produkts erheblich beeinträchtigen.

Was ist eine Laserbearbeitung?

Unter einer Laserbearbeitung versteht man, wie es der Name schon sagt, die Bearbeitung mit einem Laser.

Ein Laser ist ein Licht mit gleicher Phase und Amplitude des Lichts, also ein kohärentes Licht. Bei der Laserbearbeitung wird ein leistungsstarker, lichtverstärkter Laserstrahl zum Schneiden, Schweißen, Gravieren, Markieren und Stanzen von Löchern in das Werkstück eingesetzt. Zu den bearbeiteten Werkstücken gehören Metalle, Keramiken, Kunststoffe, Holz, Gewebe und Glas.

Die Laserbearbeitung ist ein berührungsloses Verfahren, das ohne den Einsatz von Schneidwerkzeugen auskommt und weniger anfällig für Verformungen und Verwerfungen des Materials aufgrund von Spannung und Druck ist. Sie zeichnet sich auch dadurch aus, dass weniger Verbrauchsmaterial benötigt wird und die Wartung einfacher ist.

Die wichtigsten verwendeten Lasertypen sind Kohlendioxid-, YAG-, Faser- und Excimerlaser.

Anwendungen der Laserbearbeitung

1. Kohlendioxid-Laserbearbeitung

Es ist eine hohe Ausgangsleistung möglich und in industriellen Anwendungen werden Laser zum Schneiden von Blechen, Bohren feiner Löcher und Schweißen eingesetzt. In der Medizin wird er auch für chirurgische Laserskalpelle verwendet.

2. YAG-Laserbearbeitung

Dieses wird hauptsächlich zum Punktschweißen von Bauteilen verwendet, z. B. für Motorenteile, Dächer und Karosserien von Kraftfahrzeugen.

3. Faser-Laserbearbeitung

Dieses wird zum Schneiden und Schweißen von Metallen, Schweißen von Kunststoffen und Markieren verwendet.

4. Excimer-Laserbearbeitung

Dieses wird als Lichtquelle für die Belichtung in Halbleiterfertigungsprozessen und Niedertemperatur-Polysiliziumfertigungsprozessen für Flüssigkristallanzeigen verwendet.

Funktionsweise der Laserbearbeitung

Wenn äußere Energie (Licht, Wärme usw.) auf die Atome und Moleküle, aus denen ein Material besteht, einwirkt, gehen die Atome im Allgemeinen in einen höheren Energiezustand über (angeregter Zustand). Beim Versuch, in einen niedrigeren Energiezustand (Grundzustand) zurückzukehren, emittieren sie dann spontan Licht.

Besonders wenn viele Atome mit höherer Energie in der Nähe sind, regt diese spontane Lichtemission andere Atome mit höherer Energie dazu an, Licht zu emittieren und in den Grundzustand zurückzukehren. Dieses Licht wird als induziertes Emissionslicht bezeichnet und seine Energie ist doppelt so hoch wie die des einfallenden Lichts.

Wenn dieses induzierte Emissionslicht wiederholt von einem Spiegel reflektiert wird, stößt es mit den Elektronen anderer Atome zusammen, wodurch Lichtenergie freigesetzt und ein verstärktes, intensives Licht erzeugt wird. Dies ist die Funktionsweise der Laseroszillation.

Bei der Laserbearbeitung von Werkstücken mit diesem Laserstrahl wird ein Gas, das so genannte Schutzgas, auf die Oberfläche des Werkstücks gesprüht, um es vor umherfliegenden Trümmern zu schützen, die auf der Oberfläche des Werkstücks entstehen und um Oberflächenoxidation und Entzündung zu verhindern.

Arten der Laserbearbeitung

Die Laserbearbeitung wird nach der Substanz unterschieden, die den Laserstrahl verstärkt und in Schwingung versetzt:

1. Kohlendioxid-Laserbearbeitung

Dieses verwendet Laserlicht im infraroten Bereich mit einer Wellenlänge von 1,060 µm. Das Lasermedium ist ein Gas, das hauptsächlich aus Kohlendioxid besteht.

2. YAG-Laserbearbeitung

Dieses verwendet Laserlicht im Infrarotbereich mit einer Lichtwellenlänge von 1,064 µm. Das Lasermedium ist ein künstlicher Kristall, der aus Yttrium, Aluminium und Granat besteht.

3.Faser-Laserbearbeitung

Dieses verwendet Laserlicht mit einer Wellenlänge im infraroten Bereich von 1,1 µm. Es handelt sich um einen Festkörperlaser, der eine optische Faser als Lasermedium verwendet. Das vom Pump-Halbleiter emittierte Laserlicht wird durch eine optische Faser verstärkt und erzeugt einen starken Laserstrahl, der für die Bearbeitung verwendet wird.

4. Excimer-Laserbearbeitung

Hierbei handelt es sich um eine ultraviolette Lichtquelle, die sich durch ihre sehr hohe Lichtenergie auszeichnet. Es werden Laserstrahlen mit Wellenlängen im tief ultravioletten Bereich, wie 0,193 μm und 0,248 μm, verwendet. Als Lasermedium wird ein Gemisch aus Inertgasen (z. B. Argon, Krypton, Xenon) und Halogengasen (Chlorwasserstoff, Fluor) verwendet.

Weitere Informationen zur Laserbearbeitung

Eigenschaften des Laserlichts

• Richtungsabhängigkeit
  Der Laserstrahl läuft im Vergleich zum natürlichen Licht fast geradeaus.
• Monochromatizität
  Das Licht hat die gleiche Wellenlänge und damit eine Farbe.
• Kohärenz
  Das Licht hat die gleiche Phase und Amplitude, so dass es leicht kombiniert und verstärkt werden kann.

Was ist eine NC-Bearbeitung?

NC-Bearbeitung ist eine Bearbeitungstechnologie, bei der die numerische Steuerung (UK: Numerical Control) zum Einsatz kommt.

In den letzten Jahren ist es notwendig geworden, die Bearbeitungsgenauigkeit und die Arbeitseffizienz von Werkzeugmaschinen zu verbessern, um die Kosten in den Produktionsstätten zu senken und den Mangel an Arbeitskräften in den Produktionsstätten zu beheben. In der Vergangenheit waren Allzweck-Werkzeugmaschinen die Norm und die Bearbeitung erfolgte durch manuelle Bedienung durch Arbeiter, aber NC-Werkzeugmaschinen ermöglichen eine stabile Bearbeitungsgenauigkeit und die Massenproduktion von Teilen, die unabhängig von der Intuition und den Fähigkeiten der Facharbeiter bearbeitet werden.

Diese NC-Bearbeitung wurde erstmals von John T. Parsons in den USA als NC-Fräsmaschine mit integriertem Servomechanismus eingeführt. In der Folgezeit entwickelte sich die NC-Bearbeitungstechnologie in Japan erheblich weiter und 1958 entwickelten Fujitsu und Makino Milling Machine Manufacturing die erste in Japan hergestellte NC-Fräsmaschine. Darüber hinaus wurden 1959 in den USA automatische Werkzeugwechsler entwickelt, was zu einer erheblichen Verkürzung der Bearbeitungszeiten führte.

Es ist davon auszugehen, dass sich die NC-Bearbeitungstechnologie mit künstlicher Intelligenz in Zukunft weiter entwickeln wird.

Anwendungen der NC-Bearbeitung

1. NC-Drehmaschinen

Die gängigste Art der NC-Drehmaschine ist eine, bei der mehrere Bytes auf einer rotierenden Vorrichtung, dem so genannten Revolver, montiert sind und der Revolver gedreht wird, um die Bearbeitung mit verschiedenen Bytes zu ermöglichen. Auf diese Weise kann nach Abschluss eines Prozesses ein weiterer Prozess durchgeführt werden, während das Werkstück in der Spannvorrichtung fixiert bleibt.

Zu den wichtigsten Anwendungen gehören Außen- und Innenschleifen, Gewindeschneiden, Einstechen, Bohren, Gewindeschneiden und Rändeln.

2. NC-Fräsmaschinen

NC-Bearbeitungsmaschinen sind Drehmaschinen, die keinen automatischen Werkzeugwechsler haben und die Werkzeuge manuell wechseln; sie sind preiswerter als Bearbeitungszentren und eignen sich aufgrund der Steifigkeit der Spindel für die Schwerzerspanung.

Zu den Hauptanwendungen gehören das Planfräsen, das Seitenfräsen, die Stufenbearbeitung, das Gewindeschneiden, das Nutenfräsen, das Bohren und das Rändeln.

3. Drehzentren

An Werkstücken, die mehrere Bearbeitungsarten erfordern, können viele Bearbeitungen ohne Umrüsten auf Mehrzweck-Dreh- und -Fräsmaschinen durchgeführt werden, um die Bearbeitungszeit zu verkürzen und eine hochpräzise Bearbeitung zu ermöglichen.

Zu den Hauptanwendungen gehören Drehen und Fräsen sowie Bohren, Reiben und Gewindeschneiden. Die Maschine ist auch zum Ausbohren geeignet und hat als Multifunktionsmaschine viele weitere Funktionen.

4. Bearbeitungszentren

Als Werkzeugmaschinen, die aus NC-Fräsmaschinen entwickelt wurden, können Bearbeitungszentren die meisten Bearbeitungen durchführen, die auch auf NC-Fräsmaschinen möglich sind. Zu den wichtigsten Anwendungen gehören Aufbohren, Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden, Reiben, Einstechen und Planbearbeitung für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen. Die Maschine zeichnet sich durch ihre Fähigkeit aus, eine Vielzahl komplexer Präzisionsbearbeitungen von Bauteilen in Folge durchzuführen.

Die obige Beschreibung typischer Anwendungen von NC-Bearbeitungsmaschinen zeigt, dass die NC-Bearbeitungstechnologie auch bei verschiedenen anderen Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommt, z. B. bei Honmaschinen für das Honen, einer Art Schleifverfahren, bei Funkenerosionsmaschinen für die Funkenerosion und bei Laserschneidmaschinen für die Laserbearbeitung.

Funktionsweise der NC-Bearbeitung

Jede Maschine mit NC-Bearbeitung besteht aus einem NC-Gerät (das NC-Programme an die Drehmaschine sendet), einem Bedienfeld (an dem der Bediener verschiedene Bearbeitungsanweisungen an das NC-Gerät gibt) und Servomotoren (die das Bearbeitungsgerät gemäß den Anweisungen des NC-Geräts bewegen). Die Werkzeugmaschine wird durch die NC-Steuerung des Antriebsmechanismus betrieben.

Dieses Programm wird als NC-Programm bezeichnet und ist ein auf CAD-Daten basierendes Programm zur Bearbeitung von Werkstücken.

Weitere Informationen zur NC-Bearbeitung

1. Vorteile der NC-Bearbeitung

Hohe Qualität

Bei allgemeinen Werkzeugmaschinen erfolgt die Bearbeitung durch den Bediener, was zu mangelhaften Produkten aufgrund von Bedienungsfehlern und Abweichungen bei den Abmessungen und Oberflächenbeschaffenheiten aufgrund von Fertigkeiten führen kann, was wiederum eine uneinheitliche Qualität zur Folge haben kann. NC-Werkzeugmaschinen hingegen führen die Bearbeitung unter automatischer Steuerung auf der Grundlage numerischer Informationen durch, was zu einer höheren Bearbeitungsgenauigkeit, geringeren Schwankungen und gleichmäßigerer Qualität führt.

Massenproduktion und niedrigere Kosten

Werkzeugmaschinen für allgemeine Zwecke werden von einzelnen Bedienern manuell bedient, was die Produktionsleistung begrenzt, während NC-Werkzeugmaschinen die Bearbeitungszeit durch den automatischen Betrieb reduzieren können. Außerdem können mehrere Bearbeitungszentren gleichzeitig betrieben werden, was zu einer höheren Produktivität führt.

Ein weiterer Vorteil ist die höhere Arbeitseffizienz, die den durch Ermüdung des Bedieners bedingten Effizienzverlust verringert. Darüber hinaus ist sie auch im Hinblick auf die Weitergabe von Fertigkeiten effektiv, da sie eine Bearbeitung bis zu einem bestimmten Präzisionsniveau ermöglicht, ohne dass geschulte Bediener erforderlich sind.

Sicherheit

Die automatische NC-Bearbeitung mit Werkzeugmaschinen verringert das Risiko von Arbeitsunfällen, wie z. B. das Einklemmen von Arbeitern in der Maschine oder Verletzungen durch Werkzeuge und Messer. Darüber hinaus ist der Bearbeitungsbereich durch eine Abdeckung oder eine Tür geschützt, was die Sicherheit der Arbeiter erhöht.

2. Nachteile der NC-Bearbeitung

Teure Investitionen

NC-Werkzeugmaschinen erfordern allgemeine Werkzeugmaschinen sowie NC-Steuerungseinheiten, Peripheriegeräte und Software, was bedeutet, dass die Kapitalinvestitionen zum Zeitpunkt der Einführung hoch sind. Da Allzweck-Werkzeugmaschinen für einfache Bearbeitungen kostengünstiger sind, ist es wichtig, bei ihrer Einführung vorausschauend zu planen.

NC-Programmerstellung, Qualitätssicherung und Informationsmanagement

Für die Erstellung von NC-Programmen ist es notwendig, Ingenieure auszubilden und zu sichern, die Programmierkenntnisse erworben haben. Es ist auch wichtig, zu überprüfen, ob es keine Probleme mit dem Programm gibt und seine Qualität zu sichern.

Da es sich bei den Programmen selbst um geistiges Eigentum und Geschäftsgeheimnisse handelt, muss die Informationssicherheit gewährleistet werden.

Einrichtungszeit ist notwendig

Da vor der Bearbeitung Einrichtungsarbeiten erforderlich sind, wie z. B. das Laden des Programms, kann die Arbeitszeit länger sein als bei Werkzeugmaschinen für allgemeine Zwecke.

Was ist ein Absolutdruckmessgerät?

Ein Absolutdruckmessgerät ist ein Gerät, das den auf ein Objekt ausgeübten Druck misst.

Einige Druckmessgeräte messen den absoluten Druck, andere den Überdruck und Absolutdruckmessgeräte können, wie der Name schon sagt, den absoluten Druck messen.

Normalerweise wird bei der Messung von Druck die Differenz zwischen Atmosphärendruck und Überdruck oft unter Verwendung des im Alltag stets herrschenden Atmosphärendrucks als Nullstandard gemessen. Absolutdruckmessgeräte hingegen messen den Druck unter Verwendung eines Vakuumzustands als Nullstandard, so dass sie einen anderen Wert als den Überdruck liefern.

Anwendungen von Absolutdruckmessgeräten

Die Beziehung zwischen absolutem Druck und Überdruck ist wie folgt:

Absoluter Druck – Atmosphärischer Druck = Überdruck

Der atmosphärische Druck ist der Druck, der im täglichen Leben ständig herrscht und ist das Gewicht der Luft. Der Atmosphärendruck ist auf Meereshöhe am höchsten und nimmt mit der Höhe ab.

Absolutdruckmessgeräte werden zur Messung des Drucks in Vakuumpumpen und geschlossenen Räumen verwendet, da sie nicht die atmosphärischen Druckwerte berücksichtigen, die von Ort zu Ort variieren, sondern den Druck auf das Objekt selbst messen.

Funktionsweise der Absolutdruckmessgeräte

Grundsätzlich wird bei der Druckmessung die Seite, an der der zu messende Druck anliegt, die Basisseite, und die Differenz zum Druck auf der Rückseite quantifiziert. Obwohl das Messverfahren dasselbe ist, gibt es Unterschiede in den Erfassungsmethoden, die zur Erfassung der jeweiligen Drücke verwendet werden.

Überdruckmanometer messen die Druckdifferenz zum Atmosphärendruck, d.h. der Teil, der den Druck auf der Rückseite erfasst, wird geöffnet und der Atmosphärendruck wird verwendet, oder der Atmosphärendruck wird in ein Muster eingeschlossen, je nachdem, was den Atmosphärendruck erfasst und einen Differenzdruck erzeugt. Absolutdruckmessgeräte hingegen erfassen den Vakuumdruck, indem sie eine Vakuumkammer für den Teil verwenden, der den Druck auf der Rückseite erfasst und den Differenzdruck aus dem Vakuumdruck erzeugen.

In der Vergangenheit wurden Druckmessgeräte oft mit einem Speicher angezeigt, aber in letzter Zeit werden immer mehr davon digital angezeigt, um den Druck mit höherer Genauigkeit zu messen.

Was ist eine PCB- Leiterplatte?

Ein PCB-Leiterplatte ist ein plattenförmiges elektronisches Bauteil, das in allen Arten von elektronischen Geräten wie PCs und Haushaltsgeräten eingebaut wird.

PCB steht für Printed Circuit Board (deutsch: gedruckte Leiterplatte), auf der Schaltungskomponenten miteinander kommunizieren und Strom austauschen.

Ein ähnlicher Begriff wie PCB-Leiterplatte ist PWB (Englisch: Printed Wired Board). Die PWB, eine gedruckte Schaltung, wird zu einer Leiterplatte, die tatsächlich funktioniert, wenn elektronische Komponenten wie IC-Chips und Kondensatoren darauf montiert werden.

Anwendungen von PCB-Leiterplatten

PCB-Leiterplatten werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt, von allgemeinen elektronischen Geräten wie PCs und Haushaltsgeräten bis hin zu Großgeräten in der Fertigungsindustrie, Servern für die KI-Entwicklung und Datenzentren sowie Steuergeräten für Autos und Züge.

PCB-Leiterplatten wurden erstmals um 1950 in der Praxis eingesetzt und die Zahl der entwickelten und hergestellten Geräte und Ausrüstungen ist seitdem drastisch gestiegen. In den letzten Jahren, als sich die Leistung von IoT-Geräten und Servern für die Entwicklung von KI verbesserte, wurden auch die PCB-Leiterplatten immer stärker miniaturisiert, dicht bestückt und zu Hochleistungskomponenten. Diese Technologie hat dazu geführt, dass Hochleistungs-PCB-Leiterplatten sogar in gewöhnliche Produkte der Unterhaltungselektronik eingebaut werden. PCB-Leiterplatten sind heute ein unverzichtbarer Bestandteil der Elektronikindustrie.

Funktionsweise von PCB-Leiterplatten

Elektronische Bauteile werden auf eine Leiterplatte gelötet und kommunizieren und übertragen Strom zwischen ihnen. Dadurch werden die Leistung und die Funktionen der Schaltung ermöglicht. Man kann ohne Übertreibung sagen, dass die Zuverlässigkeit und Leistung elektronischer Geräte durch die PCB-Leiterplatte bestimmt wird.

Arten von PCB-Leiterplatten

PCB-Leiterplatten lassen sich wie die Leiterplatten allgemein grob in zwei Typen einteilen: starre und flexible Leiterplatten. Sie unterscheiden sich in Form und Größe, die von der Größe zweier Hände bis zur Größe eines Fingers reichen.

Starre Leiterplatten sind harte Leiterplatten, die nicht gebogen werden können, während flexible Leiterplatten weiche Leiterplatten sind, die gebogen werden können. Sie werden je nach den konstruktiven Einschränkungen und der Anwendung des Geräts unterschiedlich oder zusammen verwendet.

Starre Leiterplatten sind im Allgemeinen rechteckig und 1-1,6 mm dick. Die meisten Oberflächenfarben sind grün. Es gibt eine Vielzahl von Typen, die von einfachen Leiterplatten mit einseitiger Verdrahtung und Bauteilen auf einer Seite bis hin zu komplexen Leiterplatten mit 10 oder mehr Lagen mehrlagiger Verdrahtung und doppelseitigen Bauteilen reichen. Auf Leiterplatten mit einer großen Anzahl von Bauteilen können Tausende oder Zehntausende von Bauteilen montiert sein.

Flexible Leiterplatten werden in einer Vielzahl von Formen hergestellt, um ihre Flexibilität auszunutzen. Die Dicke beträgt im Allgemeinen einige zehn Mikrometer. Aufgrund der Einschränkungen der Flexibilität ist die Anzahl der Lagen und der darauf montierten Bauteile geringer als bei starren Leiterplatten.

Auswahl von PCB-Leiterplatten

PCB-Leiterplatten sollten unter Berücksichtigung der für die Schaltung erforderlichen Leistung (elektrische Eigenschaften, mechanische Eigenschaften, Haltbarkeit/Zuverlässigkeit usw.) und der Kosten ausgewählt werden:

1. Starre Leiterplatten

Starre Leiterplatten sind steifer und dicker als flexible Leiterplatten. Daher können auf ihnen mehr Bauteile montiert werden als auf flexiblen Leiterplatten und sie können einen höheren Strom führen. Ein weiterer Vorteil starrer Leiterplatten besteht darin, dass komplexe Verdrahtungsmuster auf einer begrenzten Fläche realisiert werden können.

Starre Leiterplatten sind weltweit der Hauptbestandteil von PCB-Leiterplatten. Folglich sind starre Leiterplatten billiger als flexible Leiterplatten. Auch die entsprechenden Kosten für die Montage von Bauteilen sind niedriger als bei flexiblen Leiterplatten. Aus diesen Gründen werden starre Leiterplatten häufig gewählt, wenn verschiedene Funktionen realisiert werden sollen und elektronische Geräte mit hohem Stromverbrauch stabil betrieben werden sollen.

2. Flexible Leiterplatten

Flexible Leiterplatten werden aufgrund ihrer flexiblen Eigenschaften für gleitende und zu öffnende/schließende Teile von Geräten und PCB-Leiterplatten-Verbindungen verwendet. Beispielsweise werden flexible Leiterplatten in den Scharnieren zum Öffnen/Schließen alter Mobiltelefone verwendet.

Obwohl die Stromstärke und die Anzahl der Bauteile, die montiert werden können, begrenzt sind und die Kosten für die Herstellung spezieller Vorrichtungen für die Montage der Bauteile hoch sind, werden flexible Leiterplatten manchmal zur Realisierung von Geräten mit komplexen Strukturen verwendet.

Aufbau von PCB-Leiterplatten

PCB-Leiterplatten haben die gleiche Struktur wie die für gedruckte Schaltungen beschriebenen PWBs. Welche Struktur gewählt wird, hängt von der Größe und Struktur des Geräts, der erforderlichen Leistung und den Kosten ab.

Kleine, leistungsstarke Verbrauchergeräte wie Smartphones und Tablets stellen zum Beispiel hohe Anforderungen an fortschrittliche und komplexe Schaltungen, Platzersparnis und Kostenreduzierung. Aus diesem Grund werden starre Multilayer-Leiterplatten, die feine Komponenten in hoher Dichte aufnehmen können und flexible Leiterplatten, die sich auf kleinem Raum integrieren lassen, gemeinsam verwendet. Bei Anwendungen in der Automobilindustrie sind der Bauraum und die Kosten etwas großzügiger als bei Konsumgütern, so dass eine Leiterplattenstruktur gewählt wird, bei der Leistung, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit im Vordergrund stehen.