月: 2023年7月

Was ist ein SCSI-Anschluss?

Ein SCSI-Anschluss ist eine der Schnittstellen, die zur Datenübertragung zwischen Computersystemen verwendet werden.

Er bezieht sich auf Anschlüsse, die mit SCSI kompatibel sind, einer vom American National Standards Institute genormten Schnittstelle. SCSI steht für „Small Computer System Interface“.

SCSI zeichnet sich durch die Verwendung von parallelen Signalen für die Kommunikation aus: Signale werden parallel über 8, 16 oder andere Kupferdrähte übertragen. Parallel ist eine Methode, bei der mehrere Bits gleichzeitig über mehrere Übertragungsleitungen übertragen werden.

Anwendungen von SCSI-Anschlüssen

SCSI-Anschlüsse werden für den Anschluss von Peripheriegeräten an Computer verwendet. Sie werden insbesondere für Mäuse, Tastaturen, Drucker usw. verwendet.

Die Schnittstellentechnologie hat sich jedoch mit der Verbesserung der Integrationstechnologie weiterentwickelt und in letzter Zeit werden häufig USB-Anschlüsse für Peripheriegeräte verwendet.

Funktionsweise von SCSI-Anschlüssen

Die SCSI-Anschlüsse basieren auf dem Prinzip, dass das Gerät, das die Eingabe-/Ausgabeanforderung stellt (Initiator), dem Gerät, das die eigentliche Operation durchführt (Ziel), Anweisungen erteilt und die Ergebnisse an den Initiator zurückgibt.

In der Praxis gibt es viele Primär-Sekundär-Verbindungen zwischen Computern und Peripheriegeräten, aber SCSI-Verbindungen wurden ursprünglich unter der Annahme entwickelt, dass jedes Gerät gleichberechtigt arbeitet. Das bedeutet, dass eine Reihe von Geräten an eine einzige Signalleitung angeschlossen werden kann.

Dieses Verbindungsformat wird als Pfadart bezeichnet. In der Regel wird am Ende der Signalleitung, die als Pfad bezeichnet wird, ein Abschluss (Abschlusswiderstand) installiert. Alternativ können Geräte anstelle einer geraden Leitung mit Abschlusswiderstand auf einer kreisförmigen Signalleitung aneinandergereiht werden (Daisy-Chain-Verbindung).

Arten von SCSI-Anschlüssen

SCSI-Anschlüsse gibt es in verschiedenen Standards und Kabellängen. Je nach Standard ist die Größe der Anschlüsse oft unterschiedlich:

1. Standards SCSI-1, SCSI-2 und Ultra SCSI

Seit dem Erscheinen von SCSI hat die Verbesserung der Computerleistung zu einer Vielzahl von Standards geführt, einschließlich der Erhöhung der Datenübertragungsgeschwindigkeit und der maximalen Anzahl von Verbindungen. Grob gesagt, sind SCSI-1, SCSI-2 und Ultra SCSI die fortschrittlichsten Standards, in dieser Reihenfolge.

Diese Standards verwenden eine parallele Methode zur Datenübertragung. Ultra 320 SCSI, der leistungsstärkste dieser Standards, hat zum Beispiel eine maximale Übertragungsrate von 320 MB/S, eine Übertragungsbreite von 16 Bit, eine maximale Leitungslänge von 12 m mit LVD und eine maximale Anzahl von 16 angeschlossenen Geräten.

Da die parallele Datenübertragung an ihre technischen Grenzen stieß, wurde das serielle SCSI entwickelt, das im nächsten Abschnitt beschrieben wird.

2. Seriell angeschlossenes SCSI (SAS)

Mit der Verbesserung der seriellen Schnittstellentechnologie wurde der Standard Serial Attached SCSI (SAS) entwickelt, um die serielle Datenübertragung auch auf SCSI anzuwenden.

Die maximale Übertragungsrate für SAS beträgt 3 GB/s, die Kabellänge 8 m und die Anzahl der Anschlüsse 128. Wenn mehr als 8 m benötigt werden, kann ein SAS-Expander verwendet werden, um die Strecke zu verlängern.

SAS-Anschlüsse decken dieselbe physikalische Schicht ab wie SATA und sind austauschbar; SATA steht für „Serial Advanced Technology Attachment“ und ist einer der Standards für den Anschluss von Festplatten und optischen Laufwerken an Computer.

Was ist eine SSD?

SSDs sind eine Art von Datenspeichergerät.

SSD steht für „Solid State Drive“ und zeichnet sich dadurch aus, dass es sich um ein Aufzeichnungsgerät auf Halbleiterbasis handelt.

Anwendungen von SSDs

In den letzten Jahren werden SSDs häufig in Geräten der Büroautomation eingesetzt. Wie Festplatten werden sie als Speicher für die Datenaufzeichnung verwendet. Spezifische Verwendungszwecke sind:

• Zur Datenspeicherung in Servern für die Verwaltung von Bürogebäuden
• Für die Datenspeicherung in allgemeinen Haushalts-PCs
• Für die Speicherung von Aufzeichnungen auf Büro-PCs
• Für die Speicherung von Überwachungskameradaten
• Für die Speicherung von Aufzeichnungen in Cloud-Servern

Funktionsweise von SSDs 

Das Innere einer SSD besteht aus NAND-Flash-Speicher, Controller, Cache-Speicher, Schnittstelle, etc. Der NAND-Flash-Speicher ist der Teil im Inneren der SSD, der die Daten speichert. Diejenigen, die ein Bit Daten pro Zelle speichern, werden als SLCs bezeichnet, MLCs für zwei Bits und TLCs für drei Bits.

SLC hat den Vorteil, dass er haltbarer ist, hat aber eine geringere Kapazität und ist teurer. Der Controller ist der Teil, der die Zugriffskontrolle für das Lesen und Schreiben von Daten durchführt; NAND-Flash-Speicher hat eine Obergrenze für die Anzahl der Wiederbeschreibungen und die Zugriffskontrolle wird verwendet, um zu verhindern, dass nur auf bestimmte Speicher geschrieben wird.

Der Cache-Speicher ist der Teil, der Daten vorübergehend zwischenspeichert, oft unter Verwendung von DRAM, und kann den Schreibvorgang durch vorübergehende Speicherung von Daten beschleunigen. Die SSD-Schnittstelle ist die Verbindung zwischen der SSD und dem PC usw. Es gibt verschiedene Standards wie SATA und mSATA.

Weitere Informationen zu SSDs

1. Geschichte der SSDs

HDDs (Hard Disc Drives, Festplattenlaufwerke) sind weit verbreitet, um große Datenmengen zu speichern; HDDs zeichnen Daten durch Lesen und Schreiben von Magnetismus auf einer mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Scheibe auf. HDDs sind zwar einfach aufgebaut und kostengünstig, verfügen aber über ein Laufwerk zum Drehen der Scheibe und sind anfällig für Erschütterungen.

Außerdem war die Speicherkapazität von SSDs zu der Zeit, als sich HDDs durchsetzten, gering, so dass HDDs das gängige Speichermedium für Büroautomationsgeräte waren. In den letzten Jahren haben die SSDs jedoch aufgrund ihrer höheren Kapazität die HDDs ersetzt und werden immer beliebter.

2. Unterschiede zwischen SSDs und HDDs

Sowohl SSDs als auch HDDs werden als Speicher für OA-Geräte verwendet. Aufgrund ihrer Eigenschaften haben sie jedoch jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile:

Vorteile von SSDs

• Schnelles Schreiben und Lesen von Daten
• Schnelleres Hochfahren, wenn ein Betriebssystem, z. B. ein PC, installiert ist
• Keine Antriebsteile und keine Betriebsgeräusche
• Widerstandsfähig gegen Erschütterungen

Nachteile von SSDs

• Teuer im Vergleich zu HDDs
• Weniger Typen mit hoher Speicherkapazität verfügbar als bei HDDs
• Obergrenze für die Anzahl der beschreibbaren Zyklen, begrenzte Lebensdauer

Vorteile von HDDs

• Kostengünstige Speichermedien mit hoher Kapazität können eingeführt werden.

Nachteile von HDDs

• Bei der Rotation der Platte während des Betriebs entstehen Geräusche.
• Sie sind anfällig für Erschütterungen, Daten können durch Vibrationen usw. beschädigt werden
• Der Stromverbrauch ist höher als bei SSDs
• Die Lese-/Schreibgeschwindigkeit ist langsamer als bei SSDs

Wie bereits erwähnt, haben HDDs und SSDs ihre eigenen Vorzüge und Nachteile. Daher ist es wichtig, sie je nach Anwendung auf unterschiedliche Weise zu nutzen. So können beispielsweise eine HDD und eine SSD in denselben PC eingebaut werden.

In diesem Fall werden häufig verwendete Software und Betriebssysteme auf die SSD geschrieben, während Videos und Bilder auf die HDD geschrieben werden. Dieser Vorgang ermöglicht den Betrieb des PCs als PC mit großer Speicherkapazität sowie einen schnellen PC-Alltagsbetrieb und PC-Start.

3. Externe SSDs und USB-Flash-Speicher

Es gibt auch Produkte wie externe SSDs mit USB-Speicher, die wie USB-Speichersticks kompakt sind und bequem mitgeführt werden können. Sowohl externe SSDs mit USB-Speicher als auch USB-Flash-Speicher verwenden NAND-Flash-Speicher. Sie werden jedoch von den Betriebssystemen unterschiedlich gelesen.

SSDs vom Typ USB-Speicher werden als lokale Festplatten im Computer erkannt. Sie sind nicht für häufiges Einsetzen und Entfernen gedacht, aber die internen Partitionseinstellungen können freier geändert werden als bei USB-Flash-Speichern.

USB-Flash-Speicher werden im Computer als wiederbeschreibbare Festplatten erkannt. Sie zeichnen sich durch die Verfügbarkeit preiswerter Produkte mit geringer Speicherkapazität aus. Außerdem können Player und andere Geräte, die USB-Flash-Speicher verwenden, externe SSDs möglicherweise nicht richtig erkennen.

Was ist ein USB-Anschluss?

Ein USB-Anschluss ist der Teil der Verbindungsschnittstelle, der in elektronischen Geräten verwendet wird.

Die Abkürzung steht für „Universal Serial Bus“ und bezeichnet den Schnittstellenstandard für den Anschluss von Peripheriegeräten an Computer usw. USB ist mit dem so genannten „Plug and Play“-System kompatibel, bei dem sich das Betriebssystem durch einfaches Einstecken automatisch konfiguriert, so dass die Benutzer Peripheriegeräte, Erweiterungskarten usw. ohne individuelle Benutzerkonfiguration verwenden können, indem sie sie einfach an elektronische Geräte wie PCs und Terminals anschließen. 

Darüber hinaus ermöglicht die Hot-Plugging-Funktion das Ein- und Ausstecken des USB-Anschlusses auch bei eingeschaltetem PC oder elektronischem Gerät.

Anwendungen von USB-Anschlüssen

USB-Anschlüsse werden hauptsächlich für die Verbindung von elektronischen Geräten des täglichen Lebens mit externen Geräten und Anwendungen verwendet. Aufgrund ihrer Bequemlichkeit sind inzwischen zahlreiche elektronische Geräte mit USB-Anschlüssen ausgestattet.

Beispiele sind PC-Tastaturen, Mäuse, Drucker, externe Festplatten und Flash-Speicher. USB-Anschlüsse finden sich auch in mobilen Geräten wie Smartphones, Tablets und verschiedenen elektronischen Geräten in digitalen Geräten.

Mit jeder neuen USB-Norm steigt auch die Übertragungsgeschwindigkeit von USB 1.0 bis USB 3.1. Dies hat zu einer erheblichen Verkürzung der Wartezeiten bei der Datenübertragung geführt.

Funktionsweise des USB-Anschlusses

Die Funktionsweise des USB-Anschlusses besteht darin, dass er nicht wie ältere Anschlüsse in der Elektronik, z. B. RS-232C für Modems oder PS/2 für Mäuse, für einzelne Geräte verwendet werden muss, sondern dass Peripheriegeräte, die dem USB-Standard entsprechen, auf die gleiche Weise verwendet werden können, indem der Anschluss bei eingeschaltetem Strom und eingeschaltetem Computer ein- und ausgesteckt wird. Dies ermöglicht die Bequemlichkeit, den Stecker bei eingeschalteter Stromversorgung ein- und auszustecken und sich automatisch mit dem Betriebssystem des Computers zu verbinden.

Ein Merkmal des USB-Anschlüsse-Standards ist, dass der USB-Anschluss den Host mit Strom versorgen kann, so dass keine separaten Stromversorgungen für Maus, Tastatur, Speicher und andere anzuschließende Geräte erforderlich sind. Als Erweiterung dieser Funktion gab es in den letzten Jahren Fälle, in denen die Kommunikationsfunktion mit dem Host, an den der USB-Anschluss angeschlossen ist, weggelassen wurde und das Kabel als reines Ladekabel verwendet wurde.

Beachten Sie, dass nach dem aktuellen USB-Standard maximal 127 Peripheriegeräte an einen einzigen Bus angeschlossen werden können. USB-Anschlüsse gibt es in verschiedenen Größen und Spezifikationen, je nach dem überarbeiteten Standard und dem Status der Peripheriegeräte.

Arten von USB-Anschlüssen

USB-Anschlüsse gibt es in einer Vielzahl von Formen. Typische Beispiele sind:

• USB Typ-A
  Dies ist ein üblicher USB-Anschluss, der häufig an PCs zu finden ist.
• USB-Typ-B
  Dies ist ein gängiger USB-Anschluss, der häufig bei Peripheriegeräten zu finden ist, die an einen PC angeschlossen werden.
• USB-Typ-C
  Dies ist ein seit 2015 verwendeter USB-Anschluss mit einer von oben nach unten verlaufenden Zielform, die in jede Richtung angeschlossen werden kann. In den letzten Jahren verwenden immer mehr Geräte wie PC-Peripheriegeräte und Smartphones diesen Steckertyp.
• Mini-USB Typ-B
  Dies ist eine Art von USB-Anschluss mit einer kleinen Steckerform, die häufig in kleinen Geräten wie Digitalkameras und mobilen Batterien verwendet wird.
• Mikro-USB Typ-B
  Dies ist ein USB-Stecker mit einer kleineren Steckerform als Mini USB. Dieser Typ wird häufig in Smartphones, Tablets und anderen Geräten verwendet.
• Lightning
  Dies ist ein USB-Anschluss, der häufig in Apple-Produkten verwendet wird. Er ist klein und kann wie Typ-C von oben oder unten angeschlossen werden.

Weitere Informationen zu USB-Anschlüssen

1. Übertragungsgeschwindigkeit von USB-Anschlüssen

Entsprechend der Überarbeitung des USB-Standards ist die maximale Übertragungsgeschwindigkeit Standard für USB-Anschlüsse im Laufe der Jahre schneller geworden: der ursprüngliche Standard USB1.0 aus dem Jahr 1996 hatte eine maximale Übertragungsgeschwindigkeit von 12 Mbit/s, während USB3.1, veröffentlicht im Jahr 2013, 10 Gbit/s überschritt. In der neuesten Norm USB4 Version 2 aus dem Jahr 2022 wurde die maximale Übertragungsgeschwindigkeit von der zuständigen Behörde mit einem theoretischen Wert von 80 Gbit/s angegeben.

2. Stromversorgung über USB-Anschlüsse

Im Zuge der Überarbeitung des USB-Standards wurde nicht nur die Übertragungsgeschwindigkeit, sondern auch die verfügbare Leistung verbessert. In der ursprünglichen USB 1.0-Norm war ein maximaler Strom von 500 mA und eine Leistung von bis zu 2,5 W vorgesehen. Da USB-Anschlüsse jedoch aufgrund ihrer Bequemlichkeit für verschiedene Anwendungen verwendet werden, steigen auch die Leistungsanforderungen, die sie bewältigen können und für Typ-C-Anschlüsse ist der maximale Stromwert auf 3 A und der Leistungswert auf 15 W gestiegen. Für Typ-C-Steckverbinder wurde der maximale Stromwert auf 3 A und der Leistungswert auf 15 W erhöht.

Es ist zu beachten, dass diese Werte nicht nur durch die Norm bestimmt werden, sondern natürlich auch durch die Form und den Typ des verwendeten USB-Anschlusses und das Gerät auf der Host-Seite begrenzt sind.

Was ist eine Röntgenröhre?

Eine Röntgenröhre ist eine Art Röntgengenerator, der Röntgenstrahlen erzeugt.

Es gibt zwei Arten von Röntgenröhren, je nach Form der Röhre: versiegelte Röhren, bei denen das Innere immer im Vakuum gehalten wird, und offene Röhren, bei denen eine Vakuumpumpe außerhalb der Röhre installiert ist, um ein hohes Vakuum zu erzeugen. Die versiegelten Röhren werden weiter in zwei Typen unterteilt: offene Röhren und versiegelte Röhren.

Die versiegelten Röhren werden weiter unterteilt in Röhren mit Drehanode und Röhren mit fester Anode ohne Drehanode. Röhren mit fester Anode haben eine Drehanode, die eine Wärmeabfuhr ermöglicht und den durch die Röntgenröhre fließenden Strom erhöht.

Es gibt auch Röntgenröhren mit Mikrofokus und Minifokus (oder Millifokus), je nach Größe des Brennflecks. Dies sind Röntgenröhren mit einer Brennfleckgröße in der Größenordnung von Mikrometern bzw. Millimetern.

Anwendungen von Röntgenröhren

Röntgenröhren werden als Röntgengeneratoren in verschiedenen Bereichen eingesetzt: Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit einer kürzeren Wellenlänge als die ultravioletten Strahlen und haben aufgrund ihrer hohen Energie eine Durchdringungswirkung, die es ihnen ermöglicht, Materialien zu durchdringen.

Diese Durchdringungswirkung wird unter anderem genutzt für:

• Medizinische Bereiche
  Allgemeine Radiographie, Mammographie, CT-Untersuchungen, Röntgentherapie bei der Krebsbehandlung usw.
• Wissenschaftliche und industrielle Bereiche
  Röntgenbeugung, Röntgenfluoreszenzanalyse, zerstörungsfreie Prüfung, Dicken- und andere Materialprüfungen, Gepäckkontrolle auf Flughäfen usw.

Funktionsweise von Röntgenröhren

Eine Röntgenröhre besteht aus einem Gehäuse, einer Kathode (Glühfaden) und einer Anode (Target). Wenn eine Hochspannung zwischen Kathode und Anode angelegt wird, nachdem der Kathodenfaden durch elektrischen Strom erhitzt wurde, werden heiße Elektronen aus dem Faden emittiert und bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit zum Anodentarget.

1. Kontrollierte Röntgenstrahlung

Die heißen Elektronen werden vom Kern des Anodenmaterials, z. B. Wolfram, angezogen und ändern rasch ihre Bewegungsrichtung, wobei sie Energie freisetzen. An diesem Punkt werden 99 % der Energie in Wärmeenergie umgewandelt, während das verbleibende 1 % als Röntgenstrahlung emittiert wird. Diese Röntgenstrahlung wird als Bremsstrahlung bezeichnet und ist durch ein kontinuierliches Spektrum gekennzeichnet.

Der Ort, an dem die thermischen Elektronen im Verhältnis zum Kern vorbeiziehen, ist nicht eindeutig bestimmt, und die Röntgenintensität variiert je nach dem Ort, an dem sie vorbeiziehen. Daher haben Bremsstrahlungs-Röntgenstrahlen ein kontinuierliches Spektrum.

2. Charakteristische Röntgenstrahlung

Einige thermische Elektronen kollidieren selten mit Elektronen des Zielatoms. Die kollidierten Elektronen gewinnen Energie von den thermischen Elektronen, werden abgestoßen und gehen in das äußere Elektronenorbital über, kehren aber aufgrund ihrer Instabilität bald wieder in ihr ursprüngliches Orbital zurück.

Der Unterschied im Energiezustand des Elektronenorbitals wird als Röntgenstrahlung emittiert. Diese Röntgenstrahlen werden als charakteristische Röntgenstrahlen bezeichnet und erscheinen als Linienspektrum. Die meisten Röntgenstrahlen, die von Röntgenröhren erzeugt werden, sind Bremsstrahlungs-Röntgenstrahlen. Das äußere Gehäuse der Röntgenröhre hat ein Fenster aus Beryllium oder einem ähnlichen Material mit geringer Röntgenabsorption, durch das die Röntgenstrahlen extrahiert werden.

Weitere Informationen zu Röntgenröhren

1. Röhrenspannung und Röhrenstrom

Die Intensität und Energie der von einer Röntgenröhre erzeugten Röntgenstrahlen hängen von der Röhrenspannung und dem Röhrenstrom ab.

Röhrenspannung
Die Spannung, die zwischen der Anode und der Kathode der Röntgenröhre angelegt wird. Eine höhere Röhrenspannung erzeugt Röntgenstrahlen mit kürzerer Wellenlänge. Die Röhrenspannung ist ein Parameter, der die Intensität und Energie beeinflusst.

Röhrenstrom
Der Strom, der durch das Innere der Röntgenröhre fließt. Der Strom wird erzeugt, wenn thermionische Elektronen, die an der Kathode erzeugt werden, auf die Anode treffen. Bei Drehanodenröhren dreht sich die Anode, wodurch die Wärme abgeleitet wird und der Röhrenstrom steigt.

Es besteht ein proportionaler Zusammenhang zwischen dem Röhrenstrom und der Gesamtintensität der Röntgenstrahlung. Andererseits ändert sich die Röntgenenergie nicht, wenn man den Röhrenstrom ändert.

2. Übertragungseigenschaften von Röntgenstrahlen

Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit einer sehr kurzen Wellenlänge und haben daher die Eigenschaft, Materialien zu durchdringen. Die Durchlässigkeit ist je nach Stoff unterschiedlich, und die Röntgenstrahlen werden während der Übertragung abgeschwächt.

Je höher die Energie der Röntgenstrahlen ist, desto größer ist ihr Durchlässigkeitsvermögen.

Was ist Acetat?

Acetat ist eine Kunstfaser, die aus Celluloseacetat hergestellt wird.

Die Herstellung von Acetat hat eine lange Geschichte, die nach dem Ersten Weltkrieg im Vereinigten Königreich und in den 1950er Jahren in Japan begann. Derzeit macht Acetat nur etwa 1 % der weltweit hergestellten Fasern aus, aber seine hervorragenden Eigenschaften machen es zu einer Spezialfaser für eine Vielzahl von Anwendungen.

Es wird als Faser verwendet, nachdem Celluloseacetat durch die chemische Verbindung von Essigsäure mit Cellulose aus hochreinem Zellstoffholz hergestellt wurde. Acetate gehören zu den halbsynthetischen Fasern, da sie aus Pflanzenfasern (Zellulose) aus natürlichem Zellstoffholz hergestellt werden, die synthetisiert sind.

Da der Rohstoff aus Pflanzen gewonnen wird, handelt es sich auch um eine umweltfreundliche grüne Faser.

Anwendungen von Acetat

Acetat hat eine einzigartige Textur und einen einzigartigen Glanz und wird als Textilprodukt in einer Vielzahl von Situationen verwendet. Insbesondere wird es häufig für Bekleidungsstoffe, Accessoires, Krawatten, Vorhänge, Futterstoffe, Regenschirme und Hemden verwendet.

Es wird auch für Geschäftskleidung wie formelle Kleidung, Freizeitkleidung wie Pullover, Mäntel und Modeartikel für den Innenbereich verwendet, ebenso wie für Damenbekleidung, bei der seine Plissee-Eigenschaften genutzt werden, für Karoblusen für Frauen und Tücher, bei denen der Glanz von Acetat-Geweben zum Tragen kommt.

Es ist auch ein beliebtes Material für Oberbekleidung der gehobenen Klasse. Außerdem wird es auch für Zigarettenfilter verwendet.

Eigenschaften von Acetat

Die Eigenschaften von Acetat werden im Hinblick auf seine Vor- und Nachteile erläutert:

Vorteile

Das Aussehen von Acetat zeichnet sich durch seinen seidigen, glänzenden und eleganten Schimmer aus. Es lässt sich außerdem hervorragend färben und kann mit Farbstoffen schön und lebendig eingefärbt werden.

Was die haptischen Eigenschaften betrifft, so wird das Material aus hochreinem Zellstoff hergestellt, was ihm eine flauschige, hautfreundliche, natürliche Textur und einen Griff wie ein Wollstoff verleiht. Im Vergleich zu Seide, Viskose und Cupro ist es auch möglich, bequeme und leichte Stoffe herzustellen.

Es zeichnet sich außerdem durch ein hohes Wärmerückhaltevermögen, eine mäßige Feuchtigkeitsaufnahme, eine gute Feuchtigkeitsabgabe, eine schnelle Trocknung und eine hohe Formbeständigkeit aus. Der Stoff ist außerdem elastisch und knitterarm und wird häufig für Röcke und Anzüge verwendet. Umgekehrt wird der Stoff beim Erhitzen mit einem Bügeleisen usw. weich und behält beim Abkühlen seine Form (Faltenbildung), so dass er auch zur Herstellung von Faltenwürfen für Röcke verwendet wird.

Nachteile

Der größte Nachteil von Acetate ist die geringe mechanische Festigkeit der Fasern. In der Praxis wird es oft mit stärkeren Polyester- und anderen Fasern gemischt, um seine Festigkeit zu kompensieren.

Acetate sind reibungs- und hitzeempfindlich, so dass beim Bügeln darauf geachtet werden muss, dass sie sich nicht durch die ständige Anwendung hoher Temperaturen verformen. Es ist auch nicht für die Dampfbehandlung oder -veredelung geeignet, da Hitzeeinwirkung, während es Wasser absorbiert hat, zu einer Durchsichtigkeit führen kann, die die Farbe der Faser trüben kann.

Mit Acetat gefärbte Stoffe müssen mit Vorsicht behandelt werden, da die Gefahr einer Verfärbung durch die Zersetzung der Farbstoffmoleküle besteht, wenn sie Autoabgasen (NOX) oder Abgasen von Ölofen ausgesetzt sind. Andere Substanzen wie Nagellackentferner und Verdünner können Acetatfasern auflösen. Auch alkalische Reinigungsmittel können den einzigartigen Glanz des Acetats verschwinden lassen, so dass bei der Wahl des Reinigungsmittels Vorsicht geboten ist.

Arten von Acetat

Acetat wird in Diacetat und Triacetat eingeteilt, wobei Diacetat allgemein als Acetat bezeichnet wird:

1. Diacetat

Bei Diacetat sind mehr als 74 % und weniger als 92 % der Hydroxylgruppen der Cellulose acetiert.

2. Triacetat

Bei Triacetat sind mehr als 92 % der Hydroxylgruppen in Acetat umgewandelt. Es besteht kein signifikanter Unterschied zwischen Acetat und Triacetat, aber Triacetat hat eine etwas geringere Hygroskopizität und Wasseraufnahmefähigkeit und eine etwas festere Textur aufgrund der höheren Anzahl von Acetatgruppen, die mit Cellulose reagieren und sich mit ihr verbinden, als Acetate.

Was ist eine Aramidfaser?

Aramidfasern sind der Oberbegriff für eine Hochleistungsfaser, die aus aromatischen Polyamiden besteht.

Sie wurde 1965 von DuPont in den USA entwickelt. Sie wird durch Polykondensation von Para- oder Metaphenyldiamin mit Diaminphthalat synthetisiert. Im Jahr 1974 erhielt sie den Gattungsnamen Aramidfaser, um sie von Nylon zu unterscheiden.

Aramidfasern werden je nach ihrer Molekularstruktur in Para- und Meta-Aramidfaser unterteilt. Ersteres hat eine hervorragende mechanische Festigkeit, Schnittfestigkeit und schwingungsdämpfende Eigenschaften, während letzteres eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, Flammfestigkeit und chemische Beständigkeit aufweist.

Anwendungen von Aramidfasern

Para- und Aramidfasern haben jeweils ihre eigenen Eigenschaften und werden in Anwendungen eingesetzt, die diese Eigenschaften optimal nutzen:

1. Para-Aramidfasern

Para-Aramidfasern werden in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, von industriellen Anwendungen bis hin zur Luft- und Raumfahrt. Beispiele für industrielle Anwendungen sind Zugträger und Seile für die Lichtwellenleitertechnik. Bei diesen Anwendungen werden die Eigenschaften von Aramidfasern genutzt, die etwa fünfmal stärker sind als Stahl gleichen Gewichts, sich aber weniger leicht dehnen lassen.

Die Reibungsbeständigkeit des Materials wird auch in Anwendungen wie Reifen und Bremsbelägen genutzt, die über einen langen Zeitraum hinweg verschleißfest sein müssen. Darüber hinaus werden seine schnittfesten Eigenschaften auch als Faser für Sicherheits- und Schutzartikel wie Arbeitshandschuhe und kugelsichere Westen genutzt. In der Luft- und Raumfahrt werden sie aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit auch als Fallschirmkomponenten verwendet.

2. Meta-Aramidfasern

Im Gegensatz zu den Para-Aramidfasern zeichnen sich die Meta-Aramidfasern nicht durch ihre hohe Festigkeit aus. Meta-Aramidfasern haben die gleiche Festigkeit, das gleiche spezifische Gewicht und die gleiche Textur wie herkömmliche Polyesterfasern, weisen jedoch einen hohen Sauerstoffindex auf, der auf die Schwerentflammbarkeit hinweist und schmelzen oder zersetzen sich nicht bei Temperaturen von bis zu 400 °C. Sie werden für Feuerwehruniformen und Flugzeugsitze verwendet. Sie werden in Anwendungen eingesetzt, die Hitzebeständigkeit und Flammwidrigkeit erfordern wie z. B. in Feuerwehruniformen und Flugzeugsitzen.

Eigenschaften von Aramidfasern

1. Para-Aramidfasern

Die Festigkeit und der hohe Modul von Para-Aramidfasern sind auf die Stärke der Bindungen innerhalb des Polymers zurückzuführen. Para-Aramide sind all-trans, was bedeutet, dass sie ein molekulares Gerüst mit hoher Linearität und Ebenheit haben.

Wenn Aramidfasern in konzentrierter Schwefelsäure gelöst und verstreckt werden, werden die Molekülketten zunächst durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden, die sich dann zu flachen Platten verketten. Die Platten verbinden sich dann durch intermolekulare Kräfte zu einem zylindrischen Fasermaterial. Die besondere Anordnung der Molekülketten und die Bildung einer Struktur höherer Ordnung führen zu einer Reihe von Eigenschaften, darunter eine hohe Festigkeit und ein hoher Elastizitätsmodul.

2. Meta-Aramidfasern

Aufgrund der zickzackförmigen Anordnung der Moleküle in Meta-Aramidfasern sind die Wasserstoffbrücken und die zwischenmolekularen Kräfte schwächer als bei Para-Aramidfasern, wobei die Festigkeit mit der von Polyester- und Nylonfasern vergleichbar ist. Andererseits haben sie eine relativ flexible Struktur und bei hohen Temperaturen eine dichte Struktur von Benzolringen, die sie widerstandsfähig gegen Zersetzung und Entzündung macht und sie weisen eine gute Hitzebeständigkeit auf. Sie weisen auch eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen auf.

Weitere Informationen zu Aramidfasern

Unterschiede zwischen Aramid- und Kohlenstofffasern

Kohlenstofffasern sind als eine weitere organische Faser mit hoher Festigkeit bekannt. Kohlenstofffasern, die auch als Karbonfasern bezeichnet werden, sind ein Material, das aufgrund seiner überwältigenden Leichtigkeit und Festigkeit von Sportgeräten bis hin zur Luft- und Raumfahrt Anwendung findet.

Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie leitfähig sind, so dass elektromagnetische Wellen sie nicht durchdringen können und dass sie eine geringe Abriebfestigkeit aufweisen. Außerdem ist ihre Verarbeitung sehr zeitaufwändig, was ihre Kosten erhöht. Aus diesem Grund werden für Smartphone-Rückseiten häufig Kunststoffe mit Aramidfasern verwendet, die isolierend und abriebfest sind.

Was ist eine Kaskadenpumpe?

Kaskadenpumpen sind Pumpen mit radialen Nuten (Vorsprüngen) am Umfang des inneren Laufrads.

Durch die Zentrifugalkraft, die durch den Druck und die Rotation der Wirbelströmung an der Innenwand der Pumpe erzeugt wird, können kleine Flüssigkeitsmengen unter hohem Druck gepumpt werden. Kaskadenpumpen sind eine Art von verdrängungsfreien Pumpen, die auch als Wirbelturbinenpumpen bezeichnet werden.

Kaskadenpumpen zeichnen sich dadurch aus, dass sie einen hohen Druck erzeugen können, auch wenn der Durchfluss der zu fördernden Flüssigkeit gering ist.

Anwendungen von Kaskadenpumpen

Kaskadenpumpen werden u. a. zur Förderung von Brunnenwasser für den Hausgebrauch und als Entgasungspumpen in Dialysegeräten in der Medizin eingesetzt. Kaskadenpumpen haben einen höheren Förderdruck als Spiralgehäusepumpen, die üblicherweise eingesetzt werden, und können daher relativ geringe Fördermengen fördern.

Daher eignen sie sich gut zum Hochdrücken von Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität. Die bekannteste Flüssigkeit mit geringer Viskosität ist Wasser. Wasser wird häufig in Haushalten verwendet, aber nicht in großen Mengen auf einmal.

Kaskadenpumpen werden daher für Brunnenwasser, Filteranlagen und für Kühl- und Temperiergeräte verwendet, die große Flüssigkeitsmengen durch kleine Rohre pumpen.

Funktionsweise der Kaskadenpumpen

Bei Kaskadenpumpen erzeugen radiale Rillen am Umfang des inneren Laufrads durch die Schubkraft des rotierenden Laufrads und die Zentrifugalkraft einen Wirbel, der den Druck erhöht. Auf diese Weise kann ein größerer Druck zur Förderung kleiner Flüssigkeitsmengen erzeugt werden.

Das Laufrad einer Kaskadenpumpe hat zahlreiche kleine Vorsprünge (Radialrillen). Diese kleinen Vorsprünge erzeugen einen stärkeren Wirbel als ein normales Laufrad. Das Laufrad wird durch die Kraft des Magneten wiederholt in Rotation versetzt, und die Flüssigkeit steht unter Druck, wenn sie den Auslass erreicht, wodurch ein starker Druck entsteht, der sie nach außen drückt.

Außerdem kann die Kaskadenpumpe durch Zusammendrücken des Ventils auf der Druckseite weiter unter Druck gesetzt werden. Kaskadenpumpen, die Flüssigkeiten auch in kleinen Mengen mit hohem Druck hochdrücken können, zeichnen sich auch dadurch aus, dass die verwendeten Laufräder in der Regel mit Hilfe von Permanentmagneten rotieren, so dass ihre Rotationskraft nicht durch Verschleiß oder Leistungsmangel beeinträchtigt wird.

Weitere Informationen zu Kaskadenpumpen

1. Unterschiede zwischen Kaskadenpumpen und Spiralgehäusepumpen

Eine Pumpe, die oft mit Kaskadenpumpen verglichen wird, ist die Spiralgehäusepumpe. Sie gehören zu den Nichtverdrängerpumpen und haben das gleiche Laufrad im Inneren, unterscheiden sich aber durch das Vorhandensein oder Fehlen von Radialrillen (Vorsprüngen) am Umfang.

Aus diesem Grund weisen Kaskadenpumpen geringere Förderstromschwankungen aufgrund von Druckschwankungen auf, und im Vergleich zu Spiralgehäusepumpen haben Kaskadenpumpen bei niedrigen Fördermengen eine höhere Förderhöhe in Bezug auf die Erwartungskurve, die einer der Leistungsindikatoren der Pumpe ist.

Ein weiterer Nachteil von Spiralgehäusepumpen ist, dass die Pumpe selbst aufgrund des größeren Laufradvolumens bei mehrstufigen Konfigurationen tendenziell größer ist. Um dieses Problem zu überwinden, bieten einige Hersteller Kaskadenpumpen mit Kaskadenlaufrädern an.

2. Kaskadenpumpen für die Dialyse

Kaskadenpumpen werden auch in medizinischen Geräten für die Dialyse von Patienten mit Nierenversagen eingesetzt. In medizinischen Geräten für die Dialyse wird die Dialyselösung auf etwa 37 °C erhitzt, was der Körpertemperatur entspricht, so dass ein Unterdruck entstehen kann.

Wenn die Dialysierflüssigkeit zu diesem Zeitpunkt nicht entgast wird, kommt es zu einer Übersättigung des Sauerstoffs und anderer Stoffe in der Lösung, was zur Bildung von Luftblasen führt. Wenn diese Blasen an der Filtrationsmembran für die Dialyse haften, wird die Effizienz der Dialyse verringert, was unerwünscht ist.

Außerdem können die Blasen gefährlich sein, wenn sie in den Blutkreislauf des Patienten gelangen. Deshalb werden häufig Kaskadenpumpen mit großer Förderhöhe und hoher Betriebssicherheit eingesetzt, um die Lösung negativ zu entlüften und zu entspannen. In medizinischen Geräten für die Dialyse werden Druckpumpen nicht nur zur Entgasung, sondern auch zur Erhöhung des Saugdrucks auf der Drainageseite auf einen konstanten Druck eingesetzt.

Was ist eine Gasfeder?

Eine Gasfeder ist eine Feder, die mit komprimiertem Gasdruck arbeitet.

Sie werden auch Gasdruckfedern oder Gasdruckdämpfer genannt. Sie werden hergestellt, indem ein abgedichteter Zylinder mit Hochdruck-Stickstoffgas und Öl gefüllt wird, sodass die Kraft auf den Kolben immer in eine Richtung wirkt (die Richtung, in der die Kolbenstange aus dem Zylinder gedrückt wird).

Aufgrund der strukturell niedrigen Federkonstante von Gasfedern kommt es auch bei großen Hüben nur zu einer geringen Kraftänderung. Der Betrieb ist reibungslos und wartungsfrei. Die Reaktionskraft kann aufgrund des Drucks des eingeschlossenen Hochdruckgases durch die Temperatur beeinflusst werden, und die Reaktionskraft kann im Laufe der Zeit allmählich abnehmen.

Anwendungen von Gasfedern

Gasfedern können beim Öffnen und Schließen von Autoklappen eingesetzt werden. Eine Reihe ähnlicher Anwendungen findet sich auch beim Öffnen und Schließen von Regal- und Fenstertüren (die sich, wie die Heckklappen von Autos, an der Hebeseite einer Drehtür öffnen).

Beim Öffnen tragen Gasfedern das Gewicht der Tür und halten sie in der geöffneten Position. In vielen Fällen ist die Drehpunktbeziehung so ausgelegt, dass beim Schließen der Tür die Kraft der Gasfedern in Richtung des Schließens der Tür wirkt. Sie werden auch in einer Vielzahl anderer Anwendungen eingesetzt, z. B. in Industrieanlagen und in der Büroautomation.

Aufbau von Gasfedern

Gasfedern lassen sich in zwei Typen unterteilen: solche, die in jeder Richtung eingebaut werden können, und solche, die einen begrenzten Einbauwinkel haben. Typen mit begrenztem Einbauwinkel haben im Allgemeinen eine Toleranz von ±60 °, wobei die Kolbenstange auf der unteren Seite angeordnet ist. Dies ist ein Unterschied in der Konfiguration des Zylinders; das Prinzip der Gasfedern ist bei beiden Typen dasselbe.

Funktionsweise der Gasfedern

Gasfedern bieten eine nahezu konstante Kraft über lange Hübe.

1. Typ mit begrenztem Einbauwinkel

In dem abgedichteten Zylinder befindet sich ein Kolben, der sich auf und ab bewegen kann.

Der Zylinder ist durch den Kolben in zwei Räume unterteilt, wobei die Seite, an der die Kolbenstange herausragt (die Seite, die sich ausdehnt und zusammenzieht) als Kammer A und die gegenüberliegende Seite als Kammer B bezeichnet wird. Der Zylinder ist mit Stickstoffgas unter hohem Druck gefüllt, das die Kraft der Gasfedern erzeugt. Der Kolben ist mit kleinen Löchern, so genannten Öffnungen, versehen, so dass sich der Stickstoff frei zwischen den Kammern A und B bewegen kann.

Der Kolben wird durch den Hochdruckstickstoff mit Druck beaufschlagt, und die Fläche des Kolbens, die den Druck aufnimmt, unterscheidet sich zwischen den Kammern A und B: Auf der Seite der Kammer B wird der gesamte Kolbendurchmesser mit Druck beaufschlagt, während auf der Seite der Kammer A die Fläche um den Stangendurchmesser kleiner ist, was dazu führt, dass der Kolben zur Seite der Kammer A hin gedrückt wird und die Kraft immer in Richtung der Stangenverlängerung wirkt. Dadurch wird der Kolben zur Seite der Kammer A hin gedrückt, und die Kraft wirkt immer in Richtung der Stangenverlängerung.

Der Teil der Kammer A, in dem die Stange in den Zylinder ein- und austritt, ist mit Öl gefüllt, was die Schmierung und Abdichtung beim Ein- und Austritt der Stange in den bzw. aus dem Zylinder gewährleistet. Der begrenzte Einbauwinkel sorgt dafür, dass das Öl immer in dem Dichtungsbereich bleibt, in dem die Stange in die Kammer A ein- und austritt.

2. Typ mit flexibler Einbaurichtung

Beim Typ mit flexibler Einbaurichtung sind die Kammern A und B mit Öl anstelle von Stickstoffgas gefüllt, und die Kammer C, die von der Kammer B durch einen frei beweglichen Kolben auf der gegenüberliegenden Seite der Kammer A getrennt ist, ist mit Hochdruckstickstoff gefüllt.

Da die Kammern A und B immer mit Öl gefüllt sind, kann die Einbaurichtung frei eingestellt werden.

Arten von Gasfedern

Es gibt mehrere Arten von Gasfedern, je nach ihrer Funktion und ihren Eigenschaften.

1. Standard

Geeignet für die Unterstützung beim Anheben und Herunterdrücken schwerer Gegenstände. Sie werden vor allem bei Geräteabdeckungen und Motorhauben verwendet.

2. Push-open

Im Grunde die gleiche Funktion wie der Standardtyp, der Verschluss kann aber durch Drücken gelöst werden. Wie ein einziehbarer Auslasshahn hebt er sich automatisch und allmählich, wenn der Kopf gedrückt wird, und wird nach der Benutzung durch Einschieben verstaut.

3. Schloss

Bei den Verriegelungsfunktionen werden zwei Typen unterschieden: starre und elastische Typen. Der starre Typ verriegelt in jeder Position, während der elastische Typ über Dämpfungseigenschaften verfügt, um Stöße nach dem Verriegeln zu absorbieren. Die Verriegelungsposition kann je nach Anwendung gewählt werden.

Der starre Typ kann zum Anheben und Absenken von Tischen für eine sichere Verriegelung verwendet werden, während der elastische Typ zum Anheben und Absenken von Bürostühlen für mehr Komfort verwendet werden kann.

Was ist ein Nockenstößel?

Ein Nockenstößel ist ein Bauteil, das den Übergangswiderstand zwischen dem Nocken und dem Gestänge in einem Kurvengetriebe, das die Bewegungsrichtung umkehrt, verringert.

Das Hauptmerkmal der Nockenstößel ist der Bolzen (Schraube) am Innenring des Lagers. Mit diesem Bolzen wird der Nockenstößel z. B. an einem Gestängeteil befestigt. Ein Kurvengetriebe ist ein Mechanismus zur Änderung der Bewegungsrichtung.

Es wandelt zum Beispiel die Drehbewegung eines Nockens in eine lineare Bewegung eines Gliedes um oder umgekehrt oder es wandelt eine lineare Bewegung in eine Drehbewegung um. Ein weit verbreitetes Beispiel ist der Benzinmotor eines Autos. Der Motor hat mehrere Zylinder und ein Nockenmechanismus dient dazu, die lineare Bewegung aus der Drehbewegung der Motorausgangswelle zu gewinnen, um die Einlass- und Auslassventile zu öffnen und zu schließen, die dazu dienen, das Luftgemisch in den Kolbenraum einzusaugen und die Gase nach der Verbrennung außerhalb des Kolbenraums in jedem Zylinder auszustoßen.

Nockenstößel werden an der Kontaktstelle zwischen dem Nocken und dem Gestänge angebracht und sind notwendig, damit sich die beiden Teile reibungslos miteinander bewegen können.

Anwendungen von Nockenstößeln

Nockenstößel werden in Nockenmechanismen in einer Vielzahl von Maschinen eingesetzt. Im Wesentlichen werden sie häufig in Maschinen eingebaut, die Rotationselemente enthalten.

Abgesehen von Kurvenmechanismen werden sie auch als lineare Führungen für reibungslose, geradlinige Bewegungen auf Schienen und anderen Oberflächen oder als Förderrollen verwendet, um Produkte oder Lasten schon mit geringer Kraft über Rollen zu bewegen.

Linearführungen werden nicht nur in Industriemaschinen, sondern auch in Geräten der Büroautomation wie Fotokopierern und Druckern eingesetzt, wo sie Papier zuführen und ausgeben. Wenn Nockenstößel in Linearführungen oder im Rollentransport eingesetzt werden, nennt man sie auch Rollenstößel.

Funktionsweise der Nockenstößel

In diesem Abschnitt wird der Fall eines Kurvenmechanismus beschrieben, der eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt. Eine Kurvenscheibe wird auf einer rotierenden Welle montiert und ist ein Bauteil mit einer anderen Form als der eines Kreises. Wird bei der Drehung der Nocke das Ende der Nocke kontinuierlich an einem Punkt außerhalb der Nocke beobachtet, so führt das Ende aufgrund des Abstands zum Drehpunkt der Nocke eine gewisse Hin- und Herbewegung am Beobachtungspunkt aus.

An diesem Beobachtungspunkt ist der Nockenstößel, der an dem Glied befestigt ist, in ständigem Kontakt mit dem Nocken, so dass das Glied eine lineare Bewegung ausführt. An diesem Übergangspunkt zwischen Dreh- und Linearbewegung trägt der Nockenstößel dazu bei, dass die beiden Teile nicht aneinander reiben und eine übermäßige Reibung entsteht.

Insbesondere die Rollbewegung der Nadel innerhalb des Nockenstößels verringert die Reibung erheblich. Da der Aufbau dem eines Nadellagers entspricht, kann er auch große Lasten aufnehmen.

Weitere Informationen zu Nockenstößeln

Zu beachtende Punkte bei der Handhabung von Nockenstößeln

1. Einbau ohne direkte Schläge
Bei der Montage von Nockenstößeln dürfen keine Schläge, insbesondere auf den Bund, ausgeübt werden. Der Mechanismus der Nockenstößel ist ein Nadellager.

Bei großen Stoßbelastungen können die Laufflächen beschädigt werden, was zu einem vorzeitigen Ausfall führt.

2. Einbau in der richtigen Position
Nockenstößel haben Ölbohrungen, um die Nadeln zu schmieren. Beim Einbau der Nockenstößel ist darauf zu achten, dass sich die Ölbohrungen auf der gegenüberliegenden Seite des Lastbereichs befinden.

Werden die Nockenstößel so eingebaut, dass sich die Öllöcher im Lastbereich befinden, kann sich die Lebensdauer der Nockenstößel verkürzen.

3. Einbau ohne Lockerung der Bolzen 
Nockenstößel werden wie Nadellager unter schweren Lasten eingesetzt und müssen sicher befestigt werden. Nockenstößel werden in der Regel freitragend auf Teilen mit Gewindebolzen befestigt.

Wenn sich der Bolzen löst und die Stützwelle instabil wird, wird auch die Nadel unausgewogen belastet. Es ist darauf zu achten, dass sich die Bolzen während des Betriebs der Maschine nicht lockern. Um ein Lösen zu verhindern, können Unterlegscheiben eingelegt oder Doppelmuttern wirksam eingesetzt werden.

Was ist eine Gunndiode?

Eine Gunndiode ist eine Art von Diode, die in Oszillatoren im Mikrowellenbereich verwendet wird.

Es handelt sich um eine Diode, die den Gunneffekt nutzt. Hauptsächlich wird Galliumarsenid vom Typ N (GaAs) verwendet. Der Physiker J.B. Gunn entdeckte, dass ein elektrisches Gleichfeld, das an einen GaAs-Kristall angelegt wird und einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, zu Schwingungen im Mikrowellenbereich führt. Aus diesem Grund ist dieses Phänomen als Gunneffekt bekannt.

Gunndioden haben einen Bereich mit negativem Widerstand und dieser Effekt wird in Mikrowellenoszillatoren genutzt. Der negative Widerstand bezieht sich dabei auf die elektrische Eigenschaft, dass der Strom mit steigender Spannung abnimmt.

Anwendungen von Gunndioden

Gunndioden werden im Mikrowellenbereich häufig für Oszillator-Radaranwendungen verwendet, die den Gunneffekt nutzen.

Wenn eine Gunndiode in einem Hohlraum oder Hohlleiter montiert ist und eine Gleichspannung angelegt wird, schwingt sie mit einer von der Dicke des Kristalls abhängigen Eigenschwingung. Der Aufbau ist relativ einfach, aber die Frequenzstabilität ist nicht so gut wie bei normalen Mikrowellen-Steuerungssystemen, die von einem VCO oder PLL gesteuert werden, weshalb sie neben der Telekommunikation häufig für Geschwindigkeitssensoren verwendet wird, die den Dopplereffekt nutzen.

Bekannte Anwendungen sind z. B. Geschwindigkeitsmessgeräte für Baseball und Radar für die Geschwindigkeitsüberwachung.

Funktionsweise von Gunndioden

Die Gunndiode nutzt das Phänomen der Mikrowellenbandschwingung, das auftritt, wenn Elektronen einen schnellen Übergang zum Band mit dem höheren Energieniveau vollziehen, wenn in einem Halbleiterkristall mit zwei Energiebändern eine Spannung oberhalb des kritischen elektrischen Feldes angelegt wird. Wenn ein Energiediagramm gezeichnet wird, hat es zwei Leitungsbänder mit unterschiedlichen unteren Energien und Wellenzahlen.

Wenn eine Spannung angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom, und die für diesen Strom verantwortlichen Elektronen befinden sich im Leitungsband. Normalerweise befinden sich mehr Elektronen im unteren Leitungsband mit niedrigerer Energie und mit zunehmender Spannung sind auch Elektronen im Leitungsband mit höherer Energie vorhanden. Wenn eine bestimmte Spannung überschritten wird, wandern die Elektronen aus dem Leitungsband mit niedrigerem Niveau in das Leitungsband mit höherem Niveau, was zu einer Abnahme der Mobilität führt.

Dieses Phänomen führt dazu, dass die scheinbare Beweglichkeit der Elektronen, d. h. der Stromwert, abnimmt, wenn die Spannung über eine bestimmte Spannung hinaus erhöht wird und hat somit die Eigenschaft eines negativen Widerstands. Wird die Spannung weiter erhöht, werden die Elektronen aus dem Leitungsband mit niedrigerem Niveau in das Leitungsband mit höherem Niveau überführt und der Strom steigt wieder an.

An diesem Punkt kommt es zu einem lawinenartigen, schnellen Elektronentransfer im Mikrowellenband, was zu dem Phänomen der Oszillation führt. Während allgemeine VCOs (spannungsgesteuerte Oszillatoren) einen negativen Widerstand verwenden, der die Impedanzanpassung von Transistoren ausnutzt, machen sich Gunndioden die inhärenten Energiebänder von Halbleiterkristallen zunutze.

Weitere Informationen zu Gunndioden

1. Verwendung in Geschwindigkeitssensoren

Typische Anwendungen von Gunndioden in Geschwindigkeitssensoren nutzen im Allgemeinen das als Doppler-Effekt bekannte physikalische Phänomen. Der Doppler-Effekt ist das Prinzip, dass die reflektierte Welle einer elektromagnetischen Welle, die auf ein sich mit hoher Geschwindigkeit bewegendes Objekt eingestrahlt wird, mit einer anderen scheinbaren Frequenz als der ursprünglichen Frequenz der Einstrahlung beobachtet wird.

Die Frequenz einer Gunndiode in einem GaAs-Kristall beträgt etwa 10 GHz und die Geschwindigkeit des bestrahlten Objekts wird aus dem Unterschied in der Frequenzvariation berechnet. Diese Differenz in der Frequenzschwankung wird übrigens physikalisch als „Surren“ beschrieben und die Schwankung im Verhältnis zu einer Frequenz von 10 GHz ist ein sehr kleiner Bruchteil der Frequenz einer Baseball-Geschwindigkeitskanone oder eines 100-km-Tachometers zur Messung der Geschwindigkeit eines Autos.

2. Erweiterung auf Sub-Terahertz-Frequenzen

Gunndioden und ähnliche Impaddioden sowie resonante Tunneldioden stehen derzeit im Mittelpunkt des Interesses von Forschungsinstituten als Forschungsmaterialien für Frequenzoszillatoren für Sub-THz. Mit der Anwendung von Sub-THz-Frequenzen in der Beyond 5G/6G- und optischen Kommunikation werden relativ einfache Sub-THz Frequenz elektromagnetische Wellen daher als Zwei-Terminal-Geräte erforscht und entwickelt, die in der Lage sind, elektromagnetische Wellen mit Sub-Terahertz-Frequenz mit relativer Einfachheit zu erzeugen.