月: 2023年7月

Was ist ein Digitalisolator?

Ein Digitalisolator ist ein Gerät, das dazu dient, digitale Signale zwischen Übertragung und Empfang zu isolieren.

Die Isolierung ist in elektrischen Schaltkreisen sehr wichtig, da sie verhindert, dass Geräte kurzgeschlossen oder beschädigt werden. Darüber hinaus verhindert eine gute Isolierung der erforderlichen Teile, dass der Strom an anderer Stelle fließt, was dazu beiträgt, Rauschen zu beseitigen und normale Signale zu senden.

Darüber hinaus handelt es sich bei Digitalisolatoren um elektronische Geräte, die aufgrund ihrer langen Lebensdauer und ihres geringen Stromverbrauchs in einer Vielzahl von Geräten zum Einsatz kommen dürften.

Anwendungen von Digitalisolatoren

Digitalisolatoren sind in elektronischen Schaltungen in Geräten, die eine Isolierung erfordern, weit verbreitet. Zum einen werden sie in Industriemaschinen eingesetzt, in denen es große Spannungsunterschiede innerhalb der Geräte gibt. Stromversorgungsabschnitte, die große Spannungen benötigen, oder große Motoren in unmittelbarer Nähe von Abschnitten, die mit niedrigen Spannungen arbeiten, müssen bei großen Spannungsunterschieden isoliert werden.

Dadurch sollen Schäden verhindert werden, die dadurch entstehen, dass hohe Spannungen an Teile angelegt werden, die mit niedrigen Spannungen arbeiten. Zweitens werden sie auch in medizinischen Geräten wie Röntgengeräten und AEDs verwendet. Diese medizinischen Geräte werden oft mit den Händen bedient, um zu verhindern, dass elektrischer Strom nach außen fließt und einen Stromschlag verursacht.

In Kraftfahrzeugen werden digitale Trennschalter zum Schutz von Steuergeräten und anderen bordeigenen Geräten in Fahrzeugen verwendet, die mit Hochspannung betrieben werden, wie z. B. Elektro- und Hybridfahrzeuge.

Funktionsweise von Digitalisolatoren

Es gibt zwei Arten von Digitalisolatoren, nämlich magnetische Isolierung und kapazitive Isolierung.

1. Magnetische Isolierung

Digitalisolatoren mit magnetischer Isolierung verwenden Spulen auf der Sende- bzw. Empfangsseite. Durch die Verwendung von Spulen beim Senden und Empfangen erfolgt die Umwandlung zwischen elektrischen Signalen und magnetischer Energie.

Sie können hohe Geschwindigkeiten bewältigen, haben aber den Nachteil, dass der Stromverbrauch umso höher ist, je höher die Geschwindigkeit ist. Darüber hinaus sind die Rauscheigenschaften schlechter als bei den folgenden kapazitiv isolierten Systemen.

2. Kapazitive Isolierung

Hierbei handelt es sich um einen Digitalisolatoren unter Verwendung von Kondensatoren. Beim Senden und Empfangen wird das elektrische Signal mit Hilfe eines Kondensators in eine Form von Ladung und Entladung umgewandelt. Kapazitive Isolationsverfahren haben besonders gute Rauscheigenschaften und können wie magnetische Isolationsverfahren bei hohen Geschwindigkeiten eingesetzt werden. Außerdem ist die Stromaufnahme unabhängig von der Drehzahl und bei niedrigen Drehzahlen eher nachteilig.

Beide Methoden haben den Vorteil einer langen Lebensdauer und hoher Drehzahlen und bieten im Vergleich zu bisherigen Isolatoren eine bessere Leistung. Der einzige Nachteil ist jedoch, dass Digitalisolatoren nur digitale Signale verarbeiten können, nicht aber analoge Signale.

Aufbau von Digitalisolatoren

Der Aufbau eines Digitalisolators mit magnetischer Isolierung besteht aus zwei Spulen, die in einem hochtechnischen Kunststoff namens Polyimid angeordnet sind. Ein Impulsstrom wird an eine Spule angelegt, um ein kleines lokales Magnetfeld zu erzeugen, das wiederum einen Strom in der anderen Spule erzeugt.

Digitalisolatoren mit kapazitiver Isolierung bestehen aus einem Kondensator mit einer dünnen Isolierschicht aus Siliziumdioxid (SiO2, Kieselerde).

Merkmale von Digitalisolatoren

Digitalisolatoren haben folgende Vorteile gegenüber herkömmlichen optischen Isolatoren:

1. Hohe dielektrische Festigkeit

Digitalisolatoren zeichnen sich durch ihre hohe Durchschlagsfestigkeit aus. Die Spannungsfestigkeit optischer Isolatoren liegt zwischen 1 und 20 Vrms/µm, während die Spannungsfestigkeit digitaler Isolatoren mit magnetischer Isolierung 300 Vrms/µm und 500 Vrms/µm mit kapazitiver Isolierung beträgt, was 10 bis 200 Mal höher ist als bei optischen Isolatoren.

2. Hohe Lebenserwartung

Digitalisolatoren zeichnen sich durch ihre lange Lebensdauer aus. Während optische Isolatoren eine Lebenserwartung von etwa 10 Jahren haben, wird Digitalisolatoren eine Lebenserwartung von 25 Jahren und mehr nachgesagt.

3. Hohe Reaktionsgeschwindigkeit

Während optische Isolatoren Signale bis zu etwa 20 Mbit/s isolieren können, sind Digitalisolatoren für Geschwindigkeiten von 150-200 Mbit/s geeignet, also etwa zehnmal schneller.

4. Niedriger Stromverbrauch

Digitalisolatoren können den Stromverbrauch niedrig halten. Insbesondere der kapazitive Isolationstyp kann den Stromverbrauch unabhängig von der Geschwindigkeit reduzieren.

Was ist ein digitales pH-Messgerät?

Ein digitales pH-Messgerät ist ein Instrument zur Messung des pH-Werts einer Lösung.

Der pH-Wert steht für den potenziellen Wasserstoff oder die Potenz des Wasserstoffs und ist der Wasserstoffionenkonzentrationsindex einer Flüssigkeit, ausgedrückt als Zahl zwischen 0 und 14, wobei ein Wert von 7 Neutralität, ein Wert unter 7 Säure und ein Wert über 7 Alkalität anzeigt.

Mit einem digitalen pH-Messgerät kann der Wasserstoffionenkonzentrationsindex einer Lösung als digitaler Wert abgelesen werden. 

Anwendungen digitaler pH-Messgeräte

Digitale pH-Messgeräte werden für Umweltmessungen und chemische Analysen verwendet. Bei Umweltmessungen werden sie zur Kontrolle der Qualität von Trinkwasser und Abwasser eingesetzt, bei chemischen Analysen zur Qualitätskontrolle in Labors und an industriellen Produktionslinien.

In der chemischen Analyse ist der pH-Wert ein Indikator, der die Probenvorbereitung und die Analysebedingungen beeinflusst. Der pH-Wert wirkt sich auch auf den Ablauf chemischer Reaktionen aus und ist daher ein wichtiges Kontrollinstrument in der Produktion.

Funktionsweise der digitalen pH-Messgeräte

Die bei digitalen pH-Messgeräten am häufigsten verwendete Messmethode ist die Glaselektrodenmethode. Bei der Glaselektrodenmethode werden zwei Elektroden (Glaselektrode und Referenzelektrode) verwendet. Wenn sich in den beiden Bereichen, die durch die Glasfilme der Elektroden getrennt sind, Flüssigkeiten mit unterschiedlichem pH-Wert befinden, wird eine dem Unterschied entsprechende elektromotorische Kraft erzeugt und der pH-Wert wird durch Messung des Potenzials der Glas- und der Referenzelektrode am Gerät selbst berechnet.

Es ist zu beachten, dass das pH-Meter vor dem Gebrauch kalibriert werden muss. pH-Standardlösungen werden im Allgemeinen mit pH 7 als Nullpunkt und einer Dreipunktkalibrierung mit pH 4 und pH 9 kalibriert, aber die zur Kalibrierung verwendete pH-Standardlösung kann je nach pH-Wert der Probe geändert werden. Zu beachten ist auch, dass die Steigung der Kalibrierkurve von der Temperatur beeinflusst wird.

Die pH-Messung selbst ist eine einfache Aufgabe, aber es ist wichtig, die wichtigsten Punkte der Messung zu kennen und über ein Wartungsverfahren zu verfügen. Es ist wichtig, ein Verfahren für die zu messenden Punkte und die Wartungsmethoden zu haben.

Neben der Glaselektrodenmethode gibt es noch andere pH-Messmethoden wie die Verwendung von Indikatoren wie Lackmuspapier, die Wasserstoff-Elektroden-Methode, die Chinhydron-Elektroden-Methode und die Antimon-Elektroden-Methode, aber die Glaselektroden-Methode ist sicherer, genauer und reproduzierbarer als andere Messmethoden.

Weitere Informationen zu digitalen pH-Messgeräten

1. Kalibrierung von digitalen pH-Messgeräten

Die Kalibrierung eines pH-Meters bedeutet die korrekte Einstellung der Null- und Spannenpunkte (Empfindlichkeit) des pH-Meters unter Verwendung einer pH-Standardlösung. Da es je nach verwendetem digitalen pH-Messgerät spezifische Vorgänge gibt, sollten die vorliegenden Anweisungen Vorrang vor der eigentlichen Kalibrierung haben.

Die Kalibrierung kann als Ein-Punkt-Kalibrierung unter Verwendung eines Typs von pH-Standardlösung, als Zwei-Punkt-Kalibrierung unter Verwendung von zwei Typen oder als Drei-Punkt-Kalibrierung unter Verwendung von drei Typen durchgeführt werden, wobei die Zwei-Punkt-Kalibrierung häufig zur Kalibrierung von pH-Metern verwendet wird. Die Ein-Punkt-Kalibrierung ist eine vereinfachte Kalibrierung. Für eine strengere Kalibrierung wird die Dreipunktkalibrierung verwendet.

Der tatsächliche Wert der „elektromotorischen Kraft pro pH“ an der Glaselektrode wird durch Verunreinigungen des Glasfilms und Alkalifehler sowie Säurefehler (Fehler bei stark alkalischen bzw. stark sauren Bedingungen) beeinflusst. Aus diesem Grund ist er im Allgemeinen niedriger als der theoretische Wert (59,16 mV bei 25°C). Der „pH7-EMK“ weicht ebenfalls vom theoretischen Wert (0 mV) ab.

Eine Vormessung und regelmäßige Kalibrierung gewährleistet hochgenaue pH-Messungen.

2. Kalibrierlösungen für digitale pH-Messgeräte

Die Arten, die Qualität und die Zusammensetzung der pH-Standardlösungen sind wie folgt:

Oxalat-pH-Standardlösung
0,05 mol/kg Kaliumtrihydrogendioxalatlösung, pH 1,68 bei 25 °C

Phthalsäure pH-Standardlösung
0,05mol/kg Kaliumhydrogenphthalat in wässriger Lösung, pH 4,01 bei 25 °C

Borat pH-Standardlösung
0,01mol/kg Natriumtetraborat in wässriger Lösung, pH 9,18 bei 25 °C

Carbonat-pH-Standardlösung
0,025mol/kg Natriumbicarbonat und 0,025mol/kg Natriumcarbonatlösung bei pH 10,02

Neutrale Phosphat-Standardlösung
0,025mol/kg Kaliumhydrogenphosphat und 0,025mol/kg Dinatriumhydrogenphosphat-Lösung, bei pH 6,86 und 25 °C

Was ist eine Teflondichtung?

Eine Teflondichtung ist ein Material (Dichtungsmaterial) aus einem Fluorpolymer namens Teflon oder PTFE (Polytetrafluorethylen), das zur Erhaltung der Dichtungseigenschaften verwendet wird.

Eine Dichtung bezieht sich im Allgemeinen auf ein plastifiziertes Material, das gasförmige oder flüssige Lecks abdichtet, wird aber auch als Packung oder Dichtung bezeichnet. Packungen und Dichtungen beziehen sich auf Teile, die zusammengepresst werden, um eine Verbindung abzudichten.

Der Begriff Dichtungen ist jedoch nicht auf Bauteile beschränkt, sondern umfasst auch Bänder, die um Verbindungen gewickelt werden.

Anwendungen von Teflondichtungen

Teflondichtungen werden z. B. verwendet, wenn ein Band um das Gewinde einer Rohrverbindung gewickelt wird, um eine dichte Verbindung zu gewährleisten. Dies wird auch als „Gewindedichtband“ bezeichnet.

Es wird auch als Dichtung zum Abdichten von Vakuumflanschen verwendet, um das Eindringen von Luft zu verhindern. Eine weitere Anwendung ist die Verhinderung des Eindringens von Staub von außen (Staubdichtung).

Teflondichtungen werden daher häufig in hydraulischen und hydraulischen Ausrüstungen unter niedrigen bis hohen Druckbedingungen eingesetzt, hauptsächlich um das Austreten von Flüssigkeiten wie Öl und Wasser zu verhindern.

Funktionsweise von Teflondichtungen

Das breite Anwendungsspektrum von Teflondichtungen wird durch ihre hervorragende Hitze- und Kältebeständigkeit (thermische Eigenschaften), ihre Isoliereigenschaften (elektrische Eigenschaften) und ihre hohe Beständigkeit und chemische Stabilität gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien (chemische Eigenschaften) unterstützt. Die Eigenschaften von Teflon, die in anderen industriellen Werkstoffen nicht zu finden sind, machen es für den Einsatz unter rauen Bedingungen geeignet, z. B. in Vakuum- und Hochdruckumgebungen.

Teflon ist äußerst stabil gegenüber Säuren, Laugen und organischen Lösungsmitteln und korrodiert oder quillt kaum. Außerdem weist es eine hohe Beständigkeit gegenüber Ozongas auf. Außerdem hat Teflon aufgrund der Symmetrie seiner Molekularstruktur keine elektrische Polarität (unpolar).

Parameter wie die Dielektrizitätskonstante und der Leistungsfaktor sind daher unabhängig von Temperatur und Frequenz konstant, und auch der Isolationswiderstand ist extrem hoch. Selbst bei hohen Spannungen von mehreren zehn kV verliert es seine isolierenden Eigenschaften nicht (→ ähnlich dem Prinzip der Teflonbeschichtungen).

Molekularer Aufbau von Teflon

Teflon ist ein thermoplastisches (durch Wärme erweichbares und formbares) Polymer, das aus Fluorelementen und Kohlenstoffketten besteht. Seine einzigartigen chemischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften sind auf die Molekularstruktur von Teflon selbst zurückzuführen.

Fluor ist stabil an die Kohlenstoffketten in Teflon gebunden. Die Stabilität dieser Fluor-Kohlenstoff-Bindung und die Symmetrie der Molekularstruktur sind die Ursache für die Leistungsfähigkeit von Teflon.

Es desorbiert nicht, wenn es bis zu einer bestimmten Temperatur erhitzt wird und seine Eigenschaften als Teflon gehen fast nie verloren. Der Schmelzpunkt von Teflon liegt jedoch bei 327 °C. Oberhalb dieser Temperatur wird es jedoch gallertartig und seine mechanischen Eigenschaften nehmen schnell ab.

Arten von Teflondichtungen

Teflondichtungen gibt es in einer Vielzahl von Formen, darunter Dichtungen, Dichtungsringe und Bänder. Einige Bänder sind gemeinhin als VALQUA-Bänder bekannt.

Dies bezieht sich auf ein bandförmiges Dichtungsmaterial, das von der VALQUA Corporation unter dem Produktnamen TapeSeal® hergestellt wird. Zusätzlich zu den bandförmigen Dichtungsmaterialien sind auch feine gewindeförmige Dichtungsmaterialien erhältlich.

Weitere Informationen zu Teflondichtungen

1. Teflon und PTFE als Namen

Teflon® ist ein Handelsname, der in den 1930er Jahren von DuPont in den USA entwickelt wurde. Er bezieht sich im Allgemeinen auf Harze aus Polytetrafluorethylen (PTFE).

Obwohl Teflon derzeit als allgemeiner Name für PTFE verwendet wird, handelt es sich nur um einen Produktnamen. Bei Anwendungen, die keine DuPont-Produkte sind oder nicht von DuPont genehmigt wurden, wird nicht der Name Teflon, sondern PTFE verwendet.

2. Verwendung als Gewindedichtband für Teflondichtungen

Das Band wird dünn um die Gewinde der mit Schrauben zu verbindenden Rohrleitungen gewickelt und dann in die zu verbindenden Teile eingeschraubt. Auf diese Weise verformt sich das Teflon aufgrund seiner hohen Plastizität und schließt den Schraubenspalt passgenau, so dass eine leistungsfähige Dichtung entsteht.

Aufgrund der geringen Reibung des Teflons ist auch der Kraftaufwand beim Eindrehen erträglich.

Was ist eine Messuhr?

Eine Messuhr gehört zu den Messinstrumenten, die zur Messung der Stufe, Höhe oder Dicke eines Bauteils verwendet werden.

Das Messelement bewegt sich wie ein Hebel auf und ab oder die Spindel bewegt sich auf und ab, um Verschiebungen wie Stufen zu erfassen, und der Betrag der Verschiebung wird durch eine Prüfuhr angezeigt. Eine andere Bezeichnung ist Fühlhebelmessuhr.

Messuhren haben ein Messelement an der Spitze, das sich entsprechend der Verschiebung auf und ab bewegt und die Funktionsweise der Hebelwirkung nutzt, um den Betrag der Verschiebung zu verstärken. Der Betrag der Auslenkung wird in eine Drehbewegung der Nadel umgewandelt und der angezeigte Wert auf der Skala abgelesen.

Je nach Form und Ausrichtung der Anzeigeplatte der Skala gibt es verschiedene Typen, darunter Standard-, schräge, vertikale und horizontale Typen. Es gibt auch einen Universaltyp, bei dem die Skala in jede Richtung ausgerichtet werden kann. Messuhren sind mit einer einzigen Teilung von 0,01 mm bis 0,001 mm erhältlich, und der Messbereich variiert je nach Genauigkeit der Messung.

Anwendungen von Messuhren

Messuhren werden bei der Herstellung einer Vielzahl von Industrieprodukten eingesetzt: Da sie relativ einfach in 10-µm-Schritten messen können, sind sie ein weit verbreitetes Messinstrument in Produktionslinien und in Messräumen der Qualitätssicherung.

Die Messobjekte können für Dimensionsmessungen wie z. B. Stufen sowie für die Messung von Ebenheit und Parallelität verwendet werden, indem mehrere Punkte auf der Ebene des zu messenden Objekts gemessen werden. Sie können auch an Werkzeugmaschinenspindeln angebracht werden, um z. B. den Rundlauf der Drehachse zu messen.

Die Messung mit einer Messuhr kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, z. B. für die Zentrierung einer rotierenden Welle anhand der Rundlaufwerte von rotierenden Teilen. Testindikatoren gibt es von verschiedenen Herstellern in Bezug auf die Richtung der Skalenplatte und die Länge des Messelements. Es ist wichtig, die für die jeweilige Anwendung und Situation am besten geeignete auszuwählen.

Funktionsweise von Messuhren

Messuhren verfügen über einen eingebauten Mechanismus zur Verstärkung der Verschiebung, das so genannte Uhrwerk im Inneren des Hauptrahmens, das aus einer Kombination von Zahnrädern besteht. Der Verstärkungsmechanismus wandelt die vertikale Bewegung des am Messwerk angebrachten Messglieds entsprechend der Stufe in einen Verschiebungsbetrag um, der als Zahlenwert abgelesen wird.

Die Auslenkung des Messglieds wird in der Bewegung nach dem Hebelprinzip verstärkt und durch wiederholte Verstärkung durch eine Zahnradkombination in die Drehbewegung der Nadel umgesetzt. Die Verstärkung ist so groß, dass die Auslenkung auf einer Skala von 0,001 mm gemessen werden kann. Aufgrund der großen Verstärkung beträgt der messbare Bereich jedoch nur 1-2 mm, und die Nadel schwingt darüber hinaus aus. Es muss darauf geachtet werden, dass die Nadel nicht gewaltsam verschoben wird, während sie außer Phase ist, da dies zu Fehlfunktionen führen kann.

Obwohl Messuhren relativ einfach zu handhabende Messgeräte sind, ist es wichtig, sie mit Sorgfalt zu behandeln. Die Länge des Messglieds ist auf das Modell und den Auslenkungsbetrag abgestimmt. Wird also eine Kombination verwendet, die nicht im Programm des Herstellers enthalten ist, nur weil sie eingebaut werden kann, zeigt sie nicht den richtigen Messwert an.

Weitere Informationen über Messuhren

Angewandte Ausrüstung für Messuhren

Messuhren sind Messgeräte, die die Auslenkung eines Hebels oder einer Spindel verstärken und mit einer Prüfuhr ablesbar sind. Nach dieser Funktionsweise gibt es verschiedene angewandte Messgeräte.

1. Dickenmessgerät
Dickenmessgeräte werden zur Messung der Dicke von sehr dünnen Materialien wie Folien und Papier verwendet. Die Dicke wird gemessen, indem das zu messende Objekt zwischen die Spindel und die Aufnahmefläche auf der gegenüberliegenden Seite der Spindelspitze gebracht wird.

2. Spannungsmessuhr
Eine Spannungsmessuhr ist ein Messgerät, das die Zugkraft oder den Federdruck eines Bauteils misst, auf das eine Zugkraft einwirkt, und nicht dessen Abmessungen.

3. Messuhr mit Raste
Ähnlich wie die Messuhr misst diese Messuhr Dimensionen wie die Dicke, indem sie das Messobjekt zwischen der Spindel und der Gegenfläche der Spindel einspannt. Die Messfläche ist relativ groß und der Messbereich ist groß.

Mit einer Messuhr können Abmessungen von bis zu 300 mm gemessen werden. Sie werden in der Fertigung eingesetzt, um z. B. den Durchmesser von Zylindern von Werkstücken zu messen.

Was ist eine Chip-Sicherung?

Chip-Sicherungen sind eine Art von Chip-Bauteil, das auf einer Leiterplatte montiert ist.

Sie haben die Aufgabe, Unfälle durch Schmelzen zu verhindern, selbst wenn ein Überstrom fließt und aufgrund einer Fehlfunktion des Stromkreises Wärme erzeugt. Der Aufbau ist fast derselbe wie bei einem Chip-Widerstand, aber anstelle eines Widerstandselements wird ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt als Sicherungselement verwendet.

Anwendungen von Chip-Sicherungen

Chip-Sicherungen werden auf Platinen montiert. Beispiele für spezifische Anwendungen sind batteriebetriebene Kommunikationsgeräte wie Smartphones und Mobiltelefone, tragbare Audiogeräte und elektronische Schaltungen in Kameras und anderen fotografischen Geräten.

Sie sollen Unfälle im Falle von Überströmen aufgrund von Anomalien der Elemente auf der Leiterplatte verhindern. Wie normale Sicherungen sind sie jedoch nicht für die Verwendung in Stromkreisen vorgesehen, an die eine kommerzielle Stromversorgung angeschlossen ist.

Dies liegt daran, dass Chip-Sicherungen kleine Bauteilabmessungen haben, keinen ausreichenden Isolationsabstand bieten und keine großen Ströme übertragen können. Sie sind nur für den Schutz bestimmter Stromkreise und Platinen vorgesehen.

Funktionsweise der Chip-Sicherungen

Chip-Sicherungen bestehen aus einem ein- oder mehrschichtigen keramischen Substrat mit einem stromdurchflossenen Schmelzelement. Die Schmelzeinsätze bestehen aus Kupfer, Gold oder relativ gut leitenden Materialien wie Kupfer-Zinn- oder Silber-Palladium-Legierungen, weshalb der Widerstand der Sicherung gering ist.

Die Schmelzelemente werden auch aus lasergeschnittenen Dickschichtauflagen oder geätzten Metallschichten hergestellt, um die erforderlichen Eigenschaften zu erreichen. Das bedeutet, dass die Form und Dicke des Schmelzelements so eingestellt ist, dass das Schmelzelement bei Überlast nach einer bestimmten Zeit schmilzt, wenn der durch die Chip-Sicherungen fließende Strom seine Nennleistung überschreitet.

Damit Chip-Sicherungen zuverlässig funktionieren, müssen die Schmelzeinsätze außerdem vor verschiedenen Umgebungsbedingungen geschützt werden. Mehrschichtige Chip-Sicherungen sind von einer keramischen Substratschicht umgeben, so dass das Sicherungselement keine spezielle Schutzschicht benötigt. Bei einschichtigen Chip-Sicherungen hingegen werden die Elemente in der Regel mit Lack oder Epoxid als Schutzschicht überzogen, um eine Veränderung ihrer Eigenschaften zu verhindern.

Darüber hinaus gibt es verschiedene Arten von Sicherungen, wie z. B. schnelle Typen und einbruchssichere Typen, die bei Stromstößen nicht so leicht durchschmelzen und jeder Typ hat unterschiedliche Schmelzeigenschaften. Es ist wichtig, eine Sicherung mit den optimalen Schmelzcharakteristiken für den Stromkreis auszuwählen, in dem sie verwendet werden soll, da die Nichtberücksichtigung der Schmelzcharakteristiken dazu führen kann, dass die Sicherung auch im Normalbetrieb durchbrennt und gleichzeitig verhindert, dass der Schutz des Stromkreises in einem Notfall funktioniert.

Auswahl von Chip-Sicherungen 

Die Auswahl von Sicherungen ist einfach, wenn der Strom, der durch den Stromkreis fließt, konstant ist. Im Falle eines Kurzschlusses oder eines anderen anormalen Zustands ist der Strom viel höher als normal, so dass es ausreicht, eine Sicherung zu wählen, die sofort auslöst, nachdem der Betriebsstrom des Stromkreises überschritten wurde. Für Stromkreise mit einem nahezu konstanten Stromfluss sollte daher ein Sicherungstyp gewählt werden, der als „schnell“ bezeichnet wird.

Der tatsächlich in einem Stromkreis fließende Strom ist jedoch in vielen Fällen nicht konstant, sondern variiert je nach den Betriebsbedingungen auf komplexe Weise. Wenn beispielsweise ein Kondensator mit einer großen Kapazität an den Stromversorgungskreis angeschlossen ist, fließt beim Einschalten der Stromversorgung ein Einschaltstrom, der um ein Vielfaches höher ist als der Dauerstrom. Es ist unvermeidlich, dass während des Anlaufs (vom Moment des Einschaltens bis zur Stabilisierung der Rotation) ein starker Strom fließt, zum Beispiel bei Motoren.

Solche Einschaltströme sind normal, aber je nach Auswahl der Sicherung kann der Einschaltstrom zum Auslösen der Schmelzsicherung führen. Andererseits ist es unerwünscht, den Nennstrom der Sicherung um eine Spanne zu hoch anzusetzen, da dies die Sicherheit verringert. In solchen Fällen besteht eine Gegenmaßnahme in der Verwendung von einschaltfesten Sicherungen, die die Eigenschaft haben, bei einer kurzen Dauer des Einschaltstroms nicht durchzubrennen.

1. Einschaltstrom

Es ist schwierig, die Beziehung zwischen dem Einschaltstrom in einem Stromkreis und dem Auslösen der Sicherung zu bestimmen und die Wellenform und die Dauer des Stroms sowie die Auslöseeigenschaften der Sicherung müssen sorgfältig berücksichtigt werden.

Die Sicherung muss auf der Grundlage der zeitlichen Veränderung der von der Sicherung erzeugten Wärme und der dafür geeigneten Schmelzcharakteristik ausgewählt werden. Die Hersteller von Sicherungen stellen zu diesem Zweck eine Reihe von Unterlagen zur Verfügung, deren Verwendung empfohlen wird. 

2. Nennspannung

Sicherungen werden bei der Schaltungsauslegung wie Drähte behandelt, aber in der Praxis haben sie einen kleinen Widerstandswert, so dass ein gewisser Spannungsabfall unvermeidlich ist. Insbesondere da moderne elektronische Schaltungen niedrigere Betriebsspannungen haben, ist es notwendig, die Auswirkungen dieses Spannungsabfalls zu überprüfen.

Auch Sicherungen haben eine Nennspannung und müssen immer unterhalb dieser Spannung eingesetzt werden. Werden Chip-Sicherungen oberhalb ihrer Nennspannung eingesetzt, besteht die Gefahr, dass sie nach dem Schmelzen einen Lichtbogen schlagen und dadurch wieder leiten.

3. Nennstrom und Derating

Derating ist eine Überlegung in Bezug auf den Nennstrom. Bei Sicherungen gibt es zwei Arten des Deratings: Zum einen das allgemeine Derating, bei dem die Sicherung so ausgewählt wird, dass der Dauerstrom des Stromkreises weniger als 70 % des Nennstroms der Sicherung beträgt (dies variiert leicht zwischen den Sicherungsherstellern).

Das andere ist das Derating gegen die Temperatur. Das Derating muss der Umgebungstemperatur der Platine entsprechen, auf der die Sicherung montiert ist. Die Höhe des Deratings ist im Allgemeinen im Katalog oder Datenblatt des Sicherungsherstellers angegeben und sollte überprüft werden.

4. Andere

Wenn beispielsweise Glasrohrsicherungen aufgrund eines zu hohen Stroms durchbrennen, kann die Kontinuität wiederhergestellt werden, indem die Sicherung nach der Reparatur des defekten Teils ausgetauscht wird. Chip-Sicherungen hingegen sind grundsätzlich nicht für einen Austausch vorgesehen. Das heißt, wenn eine Chip-Sicherung durchbrennt, wird die gesamte Platine repariert und ersetzt, anstatt die Sicherung auszutauschen.

Es ist auch schwierig, visuell zu überprüfen, ob eine Chip-Sicherung durchgebrannt ist oder nicht. Es ist zwar möglich, eine durchgebrannte Sicherung mit einem Prüfgerät oder ähnlichem elektrisch zu bestätigen, aber es ist nicht möglich, dies anhand des äußeren Erscheinungsbildes zu beurteilen, wie es bei Glasröhrensicherungen der Fall ist.

Was ist eine Titanschraube?

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei Titanschrauben um Schrauben aus dem Metall Titan.

Titan zeichnet sich durch seine extrem hohe Festigkeit bei geringer Masse aus und wird in einer Vielzahl von Teilen von industriellen bis hin zu medizinischen Anwendungen eingesetzt. Es weist außerdem eine ausgezeichnete Korrosions- und Hitzebeständigkeit auf und eignet sich daher für den Einsatz in Situationen, in denen herkömmliche Schrauben nicht verwendet werden können oder häufig ausgetauscht werden müssen.

Andererseits neigt Titan in Hochtemperaturumgebungen zu Reaktionen mit anderen Elementen und ist teuer in der Herstellung.

Anwendungen von Titanschrauben

Dank ihrer hohen Festigkeit trotz ihres geringen Gewichts werden Titanschrauben in einer Vielzahl von Industrieprodukten verwendet. Unter anderem werden sie häufig in Flugzeugbauteilen verwendet. In diesem Fall wird eine Legierung aus Titan in Verbindung mit anderen Elementen verwendet, um die Festigkeit auch bei hohen Temperaturen zu gewährleisten.

Zweitens wird es aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit auch für Gegenstände verwendet, die Regen, Wind und Meerwasser ausgesetzt sind. Beispiele hierfür sind Straßenschilder und Einrichtungen auf See. Gewöhnliche Stahlschrauben können schnell rosten, daher sind Titanschrauben geeignet.

Sie werden auch im medizinischen Bereich verwendet, da sie keine allergischen Reaktionen hervorrufen, wenn sie in den menschlichen Körper implantiert werden. Sie werden insbesondere bei der Zahnbehandlung und als Befestigungsschrauben für Frakturen verwendet.

Titanbolzen werden auch im Hobby- und Sportbereich sowie in ferngesteuerten Fahrzeugen und Sportfahrrädern verwendet, um das Gewicht zu reduzieren.

Funktionsweise von Titanschrauben

Die Funktionsweise einer Titanschraube, die als Schraube dient, ist das gleiche wie bei Schrauben aus anderen Werkstoffen. Die Schraube wird nach dem Prinzip des Anhebens einer schweren Last mit Hilfe einer spiralförmigen Neigung gezogen und die elastische Kraft wird als Befestigungskraft genutzt. Die Schraube lockert sich nicht, da die Reibungskraft der Schraubenoberfläche verhindert, dass die schwere Last die Schräge hinuntergleitet.

Titanschrauben haben nachfolgende besonders herausragende Eigenschaften. Sie werden dort eingesetzt, wo diese Eigenschaften ausgenutzt werden können:

1. Hohe Festigkeit bei geringem Gewicht

Das größte Merkmal von Titanschrauben ist ihre hohe Festigkeit bei geringem Gewicht. Im Vergleich zum bekannten Stahl sind sie etwa 60 % leichter, aber doppelt so fest und können in stark belasteten Industriemaschinen eingesetzt werden.

2. Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit

Titan ist auch in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit hervorragend. An der Oberfläche des Titans bildet sich Titanoxid, wenn es der Luft ausgesetzt wird. Dieses wird passiv und verhindert, dass das innere Titan oxidiert und rostet. Es ist auch beständig gegen oxidierende Säuren wie Salpetersäure und gegen Chloridwasserionen wie Meerwasser, so dass es sich für den Einsatz in Geräten und Offshore-Anlagen eignet, in denen starke Säuren verwendet werden.

3. Hohe Sicherheit

Titan ist auch als ein sehr sicheres Metall bekannt. Es kann für medizinische Zwecke verwendet werden, da es keine Metallallergien auslöst und wird in Schrauben zur Fixierung gebrochener Knochen und in Zahnimplantaten eingesetzt. Beachten Sie, dass reines Titan keine Metallallergien auslöst, aber bei Titanlegierungen variiert die Allergiesicherheit je nach dem in der Mischung verwendeten Metall.

Arten von Titanschrauben

Titanschrauben lassen sich nach der Art der Herstellung des Gewindes in zwei Typen unterteilen: Schneidgewinde und Rollgewinde.

1. Schneidgewinde

Schneidgewinde werden durch Schneiden von grobem Rundmaterial mit einem Schneidwerkzeug hergestellt, um eine Gewindeform zu erzeugen. Bei Titanschrauben wird als Material Reintitan (Ti2) verwendet, das relativ leicht zu bearbeiten ist. Reintitan ist nicht so fest wie α+β-Titan und β-Titan, das zur Erhöhung der Festigkeit eingesetzt wird.

2. Rollende Gewinde

Im Gegensatz zu gedrehten Schrauben werden Gewinde durch Pressen und Drehen eines Rollwerkzeugs, einer Matrize mit umgekehrter Produktform, stark gegen einen Rundstab aus Rohmaterial geformt. Es entstehen keine Späne wie beim Schneiden und aufgrund der zusammenhängenden Struktur des metallischen Werkstoffs kann eine hohe Festigkeit erreicht werden. Rollwerkzeuge sind jedoch teuer und die Kosten für die Kleinserienfertigung dürften höher sein.

Weitere Informationen zu Titanschrauben

Unterschiede zwischen Titanwerkstoffen

Generell gibt es bei Titanprodukten viele verschiedene Arten von Materialien. Die beiden Haupttypen sind Reintitan und Titanlegierungen.

Bei Reintitan ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zu Metallallergien kommt, geringer. Titanlegierungen, die absichtlich andere Metalle enthalten, sind nicht unbedingt weniger anfällig für Metallallergien.

Titanlegierungen können in drei Typen unterteilt werden Alpha+Beta-Titan-Legierungen und Beta-Titan-Legierungen für erhöhte Festigkeit, Titan-Palladium-Legierungen für Korrosionsbeständigkeit und Titan-Nickel-Legierungen, die als Formgedächtnis verwendet werden.