Herzlich willkommen zum Kapitel Einführung in die Werkstofftechnik oder Werkstoffkunde. In diesem Kapitel möchte ich erläutern, was Werkstofftechnik, was Werkstoffkunde eigentlich beinhaltet. Ich möchte Ihnen aber auch... den Zusammenhang erläutern zwischen der Werkstofftechnik und anderen grundlegenden Fächern eines technischen Studiums, zum Beispiel Fertigungstechnik, technischer Mechanik. Konstruktion, aber auch Qualitätssicherung, all diese stehen in einem Zusammenhang mit der Werkstofftechnik.
Im Mittelpunkt steht für mich als Ingenieurin immer das Bauteil oder das Produkt. Und wenn Sie Bauteile oder Produkte entwickeln, dann kommen Sie natürlich irgendwann an die Stelle, wo Sie einen Werkstoff auswählen müssen. Dieser Werkstoff ist also dann ein Mittel zum Zweck und muss muss bezogen auf das Bauteil immer bestimmte Anforderungen erfüllen. Das heißt, diese Anforderungen müssen klar sein, über die müssen Sie sich Gedanken machen und dann können Sie die Anforderungen erfüllen. Sie erst Werkstoffe auswählen.
Zu diesen Werkstoffen müssen Sie natürlich Eigenschaften kennen, die Sie im Rahmen einer Werkstoffprüfung experimentell ermitteln. Und dann kommt die Berechnung ins Spiel. Sie müssen einen Festigkeitsnachweis machen und aus diesem rechnerischen Festigkeitsnachweis kommt dann also raus, dass Ihr Bauteil mit diesem Werkstoff, mit dieser Fertigung, mit dieser Konstruktion seinen Belastungen ein Leben lang standhält. Das Gegenteil davon ist natürlich ein Schadensfall und ich werde auch immer wieder auf Schadensfälle eingehen, weil man aus diesen Schadensfällen sehr viel lernen kann über Werkstoffe, über Werkstoffverhalten, über Werkstoffeigenschaften. Ich habe hier drei...
Bauteile. Ich hoffe, Sie erkennen das. Das eine ist eine abgebrochene Pedale eines Fahrrads.
Sie sehen, die ist einfach abgebrochen an einer bestimmten Stelle. Ich könnte Ihnen jetzt hier die Bruchfläche zeigen. Das ist jetzt im Video schwierig. Aber am Ende des gesamten Kurses sollten Sie in der Lage sein, aus dieser Bruchfläche, aus diesem typischen Anliegen, an dieser Stelle, wo diese Pedale kaputt sind.
gegangen ist zu erläutern warum das so passiert sein oder was die ursachen dieses schadens sind ansonsten habe ich hier auch noch ich halte es mal hier einen abgebrochenen schlüssel auch hier am ende sagt uns der werkstoff was hat man eigentlich mit ihnen gemacht wenn man in der lage ist den werkstoff zu lesen und das dritte beispiel was ich hier habe ist ein achsschenkel der angerissen ist Schenkel eines Karts, der also hier angerissen ist. Und wir sehen also hier, zumindest bei diesen beiden Fällen, bei dem Schlüssel, ich habe jetzt keine dritte Hand, sehen Sie auch, für den gilt es genauso, wir haben einmal hier einen Bruch und hier haben wir einen Anriss. Jetzt ist Ihnen klar, ein Bruch ist natürlich immer das Schlimmere gegenüber einem Anriss.
Das ist gut, wenn man diesen Anriss sozusagen vorher schon detektiert. kann. Und dann ist natürlich auch die Frage, warum ist das passiert? Das hat etwas mit der Konstruktion zu tun, das hat etwas mit der Fertigung zu tun und das hat sicher auch etwas mit der Qualitätssicherung und der Berechnung für diese Bauteile zu tun.
Aber schlussendlich ist es natürlich der Werkstoff, der versagt, den wir dann untersuchen und für die unterschiedlichen Werkstoffe, die wir Werkstoffverhalten können wir dann bauteilbezogen auch bestimmte Empfehlungen geben. Und diesen Zusammenhang möchte ich Ihnen in diesem ersten Kapitel Einführung in die Werkstofftechnik näher erläutern. Zunächst möchte ich Ihnen die Gliederung des Kapitels 1, Einführung in die Werkstoffkunde, vorstellen.
Ich beginne mit einigen Literaturhinweisen. Danach gehe ich auf die Teilgebiete der Werkstoffkunde bzw. Werkstofftechnik ein.
die es gibt. Dies ist nicht umfassend, allumfassend, aber ich möchte Ihnen da einige vorstellen. Danach natürlich, was gibt es für Einteilungsmöglichkeiten der Werkstoffe und wenn wir dann über Werkstoffe reden, dann geht es natürlich in der Werkstoffkunde nicht nur um Werkstoffe, sondern schlussendlich geht es als Ingenieur. immer um Bauteile, die bestimmte Belastungen aushalten müssen und die natürlich aus Werkstoffen bestehen. Und diese Werkstoffe müssen dann diese Belastungen ertragen und sie brauchen bestimmte Eigenschaften, dass sie es tun.
Und deswegen ist es notwendig, dass wir uns mit Belastungsarten beschäftigen. Genauso gilt das für den nächsten Punkt, die Belastungs-bzw. Beanspruchungszeitverläufe, die es... unterschiedlich für Bauteile gibt und die dann auch bestimmte Eigenschaften von Werkstoffen erfordern. Bauteileigenschaften werden natürlich durch Werkstoffe beeinflusst, aber es gibt auch noch andere Faktoren, die diese Bauteileigenschaften beeinflussen und darum geht es in einem anderen Gliederungspunkt.
Danach möchte ich auf etwas eingehen, was ich als die ureigenste Aufgabe eines Ingenieurs betrachte, nämlich Bauteile herzustellen und zu verwenden so in einem Maße, dass sie einfach auch halten. Und daher möchte ich Ihnen an dieser Stelle einen kleinen Festigkeitsnachweis vorführen oder darstellen. Zum Schluss noch einmal zusammengefasst die Aufgaben der Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung, die natürlich untrennbar miteinander verbunden sind. Und als Illustration zum Schluss zwei oder weitere kleine Schadensfälle, wo man Informationen, die Sie aus der Werkstoffkunde zukünftig wissen sollten, verstanden haben sollten, anwenden kann.
Hier nun also die Literaturhinweise. Natürlich habe ich den Anspruch, Ihnen eine Vorlesung zu bieten, wo Sie Dinge verstehen können, wo Sie Dinge nachher anwenden können. Aber vielleicht finden Sie ja in der Fachliteratur noch weitere Informationen oder Sie finden vielleicht den Zugang zu einem Buch einfacher, als das hier in dieser Vorlesung von mir passiert. Und daher möchte ich Ihnen so ein paar Standardwerke nennen. Natürlich wird Werkstoffkunde, Werkstofftechnik an vielen Hochschulen und Universitäten gelehrt und das ist eine Grundlagenwissenschaft.
Insofern gibt es sehr viele. Es gibt ein Buch, Greven Margin, Werkstoffkunde, Werkstoffprüfung für technische Berufe. Wenn Sie dieses Buch aufschlagen, da werden Sie einige Dinge wiedererkennen, die ich auch hier benutze. Das liegt daran, dass ich bei dem Herrn Margin Lehrbeauftragte war und ich daher einige Dinge natürlich hier in dieser Vorlesung. Dann gibt es ein Standardwerk.
Das ist auch ein Buch, das können Sie sich über die Hochschulbibliothek herunterladen, über den Springer-Link. Das ist das Buch von Bargel und Schulze, Werkstoffkunde. Das ist ein reines Standardwerk, also das ist auch sehr gut.
Ich würde sagen, es geht in einigen Teilen tiefer als das, was ich jetzt hier in der Vorlesung... an der Hochschule machen. Dann, wie gesagt, es gibt viele Bücher, Werkstofftechnik 1 und 2 von dem Herrn Bergmann, Hanser Verlag, dann Ro Smiley, das ist auch ein sehr gutes Buch, Werkstoffkunde für Ingenieure über den Springer Verlag. Und wie gesagt, dann gibt es noch jede Menge andere, Korrifäen oder ehemalige Korrifäen der Werkstoffkunde, Dom, Geweisbach, Hornbogen.
wo sie Bücher finden, die sie sich durchaus als Download kostenlos für sie als Studierende. in der Bibliothek runterladen können. Mein Hinweis an dieser Stelle, der gilt generell in der Vorlesung, aber auch für Sie als Studierende insgesamt, verwenden Sie Fachliteratur. Nutzen Sie die Bibliothek der Hochschule.
Sie haben als Studierende hier so viele Möglichkeiten, sich Literatur zu beschaffen, umsonst, das haben sie wahrscheinlich in Zukunft nie wieder. Und der Hinweis auf die Fachliteratur der liegt mir besonders am Herzen. Natürlich schaue ich auch bei Wikipedia nach, aber wenn sie wirklich fundiertes Wissen Suchen, dann suchen Sie das in Fachliteratur. Es gibt Bücher, es gibt Fachzeitschriften. Sie müssen natürlich dann herausbekommen, welche Fachzeitschriften relevant sind.
Es gibt eine Fachzeitschrift zum Beispiel Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Da finden Sie neuere Forschungsergebnisse. Das heißt...
An der Stelle verlassen Sie sich nicht auf Wikipedia, verlassen Sie sich nicht auf irgendwelche Ratgeber. Selbst Homepages von Firmen sind nicht Fachliteratur. Also an der Stelle nochmal der Hinweis, nutzen Sie die Bibliothek.
Welche Teilgebiete hat eigentlich Werkstoffkunde, Werkstofftechnik? Sie sehen schon, ich verwende diese beiden Begriffe immer analog. Es steht jetzt hier in der Mitte Werkstoffkunde, Werkstofftechnik. Ich glaube, es gibt keine korrekte Definition, es gibt keine klare Unterscheidung. Werkstoffkunde ist für mich eher so ein älterer Begriff, Werkstofftechnik.
beinhaltet vielleicht etwas mehr als die Werkstoffkunde, aber eigentlich sind es Begriffe, die synonym verwendet werden. Jetzt aber, was ist Werkstofftechnik, Werkstoffkunde? Und gerade wenn Sie als Ingenieur an die Praxis gehen, wo finden Sie denn dann dort eigentlich Inhalte, die ich Ihnen hier vermitteln möchte?
Beginnen wir links oben. mit der Werkstoffprüfung. Ich denke Ihnen ist klar, wenn Sie Werkstoffe verwenden, dann kann man die Eigenschaften der Werkstoffe nicht allein aus einer Theorie, aus dem Aufbau der Werkstoffe über eine Theorie ableiten.
Das geht nicht, sondern Werkstoffe müssen geprüft werden. Was Werkstoffeigenschaften sind und wo Sie sich von Bauteileigenschaften unterscheiden, das werden wir uns noch später anschauen. Aber jetzt hier erst einmal der Fakt, wenn wir uns mit Werkstofftechnik beschäftigen, dann kommen wir an Werkstoffprüfungen nicht vorbei. Da gibt es zerstörende Prüfverfahren, Sie werden im Praktikum solche zerstörenden Prüfungen auch durchführen.
Es gibt aber auch zerstörungsfreie Prüfverfahren, wofür die gut sind. werden sie auch im Praktikum und in der Vorlesung sehen und es gibt eine Vielzahl von anderen experimentellen Untersuchungen, das können mikroskopische Untersuchungen sein, das sind Qualitätskontrollen, die über eine statistische Beurteilung hinausgehen und ein Punkt hatte ich schon genannt, Analyse von Schadensfällen sind durchaus auch Dinge, die in den Bereich der Werkstoffprüfung gehören. Der nächste Punkt nach der Werkstoffprüfung ist Werkstoffanwendung.
Wenn wir Werkstoffe betrachten, dann kann man die natürlich unterteilen, zum Beispiel nach einer chemischen Zusammensetzung. Aber wenn wir in die Praxis gehen, Dann werden wir sehen, es gibt Unterteilungen, die eher nach der Werkstoffanwendung gehen. Das heißt, es gibt bestimmte Werkstoffe für den Maschinenbau, es gibt Werkstoffe für die Elektrotechnik, für das Bauwesen, für die Medizin, für die Medizintechnik. Das heißt, in der Praxis steht die Anwendung im Vordergrund und danach wird geschaut, welche Werkstoffe sind denn dafür geeignet und nicht andersherum.
Gehen wir weiter und wir landen bei dem Begriff Werkstoffnormen und Bezeichnungen. Natürlich, wenn wir jetzt mal vielleicht schon mal in den Bereich der Metalle schauen und dort metallische Legierungen betrachten, dann kann man so ein bisschen sagen... Werkstoff oder Legieren von Werkstoffen, von Metallen, das ist so ein bisschen wie Kochen.
Sie haben verschiedene Zutaten, die Sie mischen in einem bestimmten Verhältnis, auf eine bestimmte Art und Weise. Und zum Schluss kommt ein Werkstoff raus, ein Ergebnis und dieser Werkstoff hat bestimmte Eigenschaften. Diese beliebige Mischbarkeit, das ist natürlich nur eine Theorie. Wenn wir, wenn Sie in...
Ich sage immer in den Laden gehen und einen Werkstoff kaufen. Zum Beispiel ein Baustahl S235JR. Da sehen Sie also schon Baustahl, der ist für eine ganz bestimmte Anwendung gedacht. Und dieser Werkstoff hat einen Namen S235JR in meinem Beispiel.
Was steckt dahinter? Dahinter steckt eine Werkstoffnorm. In dieser Werkstoffnorm ist...
definiert, wie sieht die chemische Zusammensetzung dieses Werkstoffs aus. Und das ist nicht eine beliebige Mischung, sondern es gibt immer nur bestimmte Werkstoffe, die genormt sind und die dann nach dieser Norm auch bestimmte Eigenschaften haben müssen. Das heißt, wenn Sie einen Baustahl kaufen, in der Hand haben, S-235JR, dann hat der bestimmte Eigenschaften.
Der hat eine bestimmte chemische Zusammensetzung, die kann natürlich in gewissen Grade variieren, aber auch das ist festgelegt. Und wenn das erfüllt ist, dann darf dieser Werkstoff auch diesen Namen tragen. Das heißt, Werkstoffe selbst sind genormt, aber auch die Bezeichnungen sind genormt. Gut, machen wir links unten weiter.
Werkstofftechnik. Gehen Sie in eine Firma und vielleicht haben Sie eine Abteilung Werkstofftechnik. Und Sie werden sehen, ganz häufig ist natürlich die Werkstoffprüfung logischerweise Bestandteil dieser Abteilung Werkstofftechnik.
Qualitätskontrolle ist häufig Bestandteil der Werkstofftechnik. Aber Sie finden auch noch andere Begriffe hier, wo Sie sagen Gießereitechnik, Umformtechnik, Schweißtechnik. Oberflächenbehandlung, hat das nicht eher was mit Fertigungsverfahren zu tun?
Hier ein deutliches Zeichen, Werkstofftechnik ist nicht definiert und Dinge, die Sie in der Gießereitechnik, die Sie in der Umformtechnik, die Sie in der Schweißtechnik beachten müssen, haben natürlich ganz viel mit Werkstoffen zu tun, mit Werkstoffeigenschaften, mit Prüfungen. Das heißt, an dieser Stelle sehen Sie schon mal einen direkten Zusammenhang zwischen Fertigungstechnik, Fertigungsverfahren und Werkstofftechnik. Als letztes steht jetzt hier auch noch Betriebsfestigkeit drin. Was macht die Betriebsfestigkeit? Hier geht es um Lebensdauerbewertung von Bauteilen.
Betriebsfestigkeit hat etwas auch mit Werkstoffprüfung oder mit Bauteilprüfung zu tun. Aber Betriebsfestigkeit hat auch was mit Berechnungsverfahren zu tun. Und an der Stelle, die Betriebsfestigkeit, manchmal ist sie in der Werkstofftechnik mit eingegliedert, manchmal ist sie aber auch in der Konstruktion und Berechnung mit enthalten.
Also Sie sehen Dinge, die Sie im Studium lernen, Konstruktion, Berechnung, technische Mechanik. Die haben hier auch ihren Platz und ihren Zusammenhang mit der Werkstofftechnik. Und darauf werde ich in einigen Punkten immer wieder eingehen. Dann steht hier der Begriff Werkstoffwissenschaften. Man könnte auch sagen Materialwissenschaft, also der Begriff Werkstoff und Material.
Das sind also auch zwei Begriffe, die durchaus synonym verwendet werden. Werkstoffwissenschaft oder Materialwissenschaft können Sie als separaten Studiengang studieren, nicht bei uns an der Hochschule, aber zum Beispiel an der TU Darmstadt. Womit beschäftigt Sie sich?
beschäftigt sich diese Werkstoffwissenschaft mit dem, die Materialwissenschaft, sie beschäftigt sich mit dem Zusammenhang zwischen mikroskopischem Aufbau und den Eigenschaften der Werkstoffe. Das ist etwas, das werden wir zum Teil natürlich auch machen, wir schauen uns den Aufbau an und die Eigenschaften, die sich daraus ergeben, aber wir machen das natürlich nicht so im Detail. denn sie wollen ja irgendwann mal fertig werden mit ihrem Studium. Gut, dann gehört natürlich, wenn sie über Werkstofftechnik sprechen wollen, auch die Herstellung dieser Werkstoffe und auch hier denke ich, ist ihnen klar, wenn man oder man kann Werkstoffe auf eine bestimmte Art und Weise, auf unterschiedliche Art und Weise herstellen und ja, das kann man gut oder schlecht machen. Und entsprechend ist dann auch die Qualität der Werkstoffe.
Das heißt, um Werkstoffe gut herstellen zu können, zum Beispiel im Bereich der Metallurgie oder wenn Sie an Polymere denken, Kunststoffe, an die Herstellung von Keramiken, Glas oder Bindemitteln, ist jetzt zugegeben etwas, was wir nicht betrachten in dieser Vorlesung. Aber nur mit einem fundierten Wissen über Werkstoffe. sind sie auch in der Lage diese korrekt qualitätsgerecht herzustellen und dann diese Eigenschaften zu prüfen um dann Bauteile herzustellen die genau das tun wofür sie sie konstruiert haben.
Also zusammengefasst hier an dieser Stelle Werkstofftechnik hat sehr viele Teilgebiete. Sie finden die an vielen Stellen. Das ist nicht umfassend, was ich hier dargestellt habe, aber es ist eine ganze Menge. Gut, kommen wir nun zu einer möglichen Einteilung von Werkstoffen. Sie sehen, Werkstoffe, die erste Einteilungsebene, die es hier gibt, ist in Metalle und Nichtmetalle.
Das ist natürlich, hoffentlich erkennen Sie das, eine vollkommen willkürliche Einteilung, dass man also sagt, das eine ist ein Metall und das andere ist eben gerade kein Metall. Das finden Sie auf der nächsten Ebene genauso wieder, aber woran liegt das? Das liegt sicher an der Bedeutung der Metalle im Vergleich zu den Nichtmetallen.
Also es ist eine mögliche Einteilung. Wir werden uns... in dieser Vorlesung mit Metallen beschäftigen, überwiegend, aber wir werden uns auch ein kleines Kapitel mit Kunststoffen, das heißt mit Nichtmetallen beschäftigen.
Schauen wir nochmal auf die Metallseite, da finden wir das gleiche Prinzip wieder, als mögliche Einteilung Eisenbasiswerkstoffe und dagegen die Nicht-Eisen. Also auch hier wieder, was ist der Grund dafür, dass Eisenbasiswerkstoffe hier so eine große Gliederungsgruppe bekommen. Das liegt einfach daran, wenn Sie in den Maschinenbau schauen, ins Bauwesen, dann finden Sie nach wie vor, dass Eisenbasiswerkstoffe, Sie sehen hier unten Stahl, dass das nach wie vor die wichtigsten Konstruktionswerkstoffe sind.
Und daher werden wir ein separates Kapitel haben, Eisenbasiswerkstoffe, und das werden Sie sehen, ist auch das größte Kapitel. Warum die Eisenbasiswerkstoffe so eine große Bedeutung haben, werden wir in diesem Kapitel klären. So, jetzt steht hier unten drunter Stahl und Gusseisen. Und jetzt ist natürlich die Frage, was unterscheidet Stahl vom Gusseisen? Auch das werden wir natürlich in dem Kapitel Eisenbasiswerkstoffe klären.
Hier vielleicht nochmal ein ganz kleiner Ausblick bereits, und zwar, was ist Stahl? Stahl ist natürlich Eisen im Wesentlichen, und reines Eisen ist es nicht. Das werden wir sehen, dass reine Metalle... eigentlich als Konstruktionswerkstoffe keine Bedeutung haben, sondern was ist Stahl?
Stahl ist Eisen mit einem bestimmten Kohlenstoffgehalt, das heißt, Wir haben hier schon mal ein Legierungselement Kohlenstoff. Und wenn wir mal allein auf die chemische Zusammensetzung gehen, dann werden Sie sehen, Stahl hat einen Kohlenstoffgehalt, der kleiner als 2,06% ist. Und das ist eine wesentliche Größe, die Stahl zu Stahl macht. Unten drunter steht Gusseisen.
Was ist Gusseisen? Auch das werden wir natürlich in dem Kapitel Eisenbasiswerkstoffe klären, aber hier vielleicht schon mal der Hinweis, Gusseisen besteht aus Eisen und einem Kohlenstoffgehalt von größer 2,06%. Das also hier schon mal als eine Zahl, die hier Stahl und Gusseisen unterscheiden. Gehen wir auf die rechte Seite, Nicht-Eisenmetalle. Da gibt es jetzt hier wieder eine Unterteilung in Leicht-und Schwermetalle.
Das ist vielleicht nicht ganz konsistent, denn Eisen ist ein Schwermetall. Und auch hier, was ist leicht, was ist schwer, was für den einen leicht ist, ist für den anderen schwer. Also auch hier eine relativ willkürliche Einteilung.
Was ist hier das Einteilungskriterium? Das Einteilungskriterium, auch hier sei es schon mal genannt, Das ist die Dichte. Die Dichte roh und wir haben hier eine Dichte von 4,5 g pro Kubikzentimeter, die, wenn die Dichte niedriger ist, das Metall zum Leichtmetall machen, beziehungsweise wenn die Dichte größer ist, zum Schwermetall.
Wenn wir hier, es gibt ein kleines Kapitel Nicht-Eisenmetalle, am Ende des Kurses oder ziemlich am Ende des Kurses und da möchte ich mich natürlich nur mit Werkstoffen beschäftigen, die auch im konstruktiven Bereich eine Bedeutung haben. Und ich glaube, wenn Sie mal über Leichtmetalle nachdenken, da werden Ihnen die Elemente Aluminium einfallen. Da fällt Ihnen Titan vielleicht ein. Titan hat genau die Dichte von 4,5 Gramm pro Kubikzentimeter. Also da wird jetzt hier die Grenze gemacht zwischen leicht und schwer.
Und ein weiteres Metall ist Magnesium, was eine Bedeutung hat im konstruktiven Bereich. Gut, Schwermetalle, Nickel. Nickelbasislegierungen an der Stelle vielleicht als Legierungen genannt.
Gut, ich würde es dabei belassen und mir nochmal die rechte Seite anschauen. Nichtmetalle werden auch hier wieder einmal in organische und anorganische Werkstoffe unterteilt. Zu den anorganischen, nichtmetallischen Werkstoffen werde ich Ihnen in dieser Vorlesungsreihe nichts erzählen.
Dazu gehören die Keramiken, die Gläser. Mineralien betone. Natürlich haben die auch ihre Bedeutung und wenn ich an Keramiken denke, dann ist das definitiv auch etwas, was in den Maschinenbau gehört, aber so viel Zeit habe ich nicht.
Vielleicht ist das etwas, was sie im Selbststudium auch betreiben können. Auf der rechten Seite organische Werkstoffe habe ich schon die Kunststoffe angemarkt. Das heißt, da gibt es ein kleines Kapitel Kautschuk wäre ein Kunststoff, ein Polymerwerkstoff, den Sie aber vielleicht als Naturstoff kennen, genauso wie Holz. Und über Holz werde ich Ihnen auch nichts erzählen, aber wenn Sie einmal das Prinzip verstanden haben, was ich Ihnen in der Vorlesungsreihe versuche zu vermitteln, dass Sie nämlich versuchen, aus dem Aufbau... der Werkstoffe etwas über die Eigenschaften zu sagen, dann hilft Ihnen das auch bei Holz weiter, wenn Sie Holz betrachten oder wenn Sie Keramiken betrachten, wenn Sie Gläser betrachten.
Also, diese Vorlesungsreihe ist nicht allumfassend, es bleibt für Sie in der Zukunft noch viel übrig, was Sie im Selbststudium entdecken können. Gut, dann komme ich unten zu diesem allumfassenden Punkt der Verbundwerkstoffe. Werkstoffe, wie schon der Name sagt, bestehen aus verschiedenen Werkstoffen. Warum gibt es Verbundwerkstoffe? Weil man Eigenschaften, die einzelne Werkstoffe haben, miteinander kombinieren möchte.
Und der Bereich der Verbundwerkstoffe gibt Ihnen hier eine vielfältige Spielwiese, auch für die Zukunft, was man alles mit verschiedenen Werkstoffen machen kann. Und ich nehme mal eins heraus, das ist der Stahlbeton, um Ihnen das einfach nochmal deutlich zu machen. Stahlbeton, ja klar, wie der Name sagt, besteht aus Stahl und besteht aus Beton.
Ich zeichne mal hier oben ein ganz einfaches Bauteil hin, was mit einem Kräftepaar belastet wird. Und in meinem Fall also unter Zug steht, unter Zugbelastung. Und jetzt wissen Sie vielleicht, dass Beton, wird im Bauwesen verwendet, ein Werkstoff ist, der bei Druckbelastung eine sehr hohe Belastbarkeit, eine sehr hohe Festigkeit hat. Das heißt, Beton ist unter Druckbelastung, hält es sehr viel aus. Beton unter Zugbelastung hält nur sehr wenig aus, hat nur eine sehr geringe Belastbarkeit, eine sehr geringe Festigkeit.
Ergebnis ist, dass sie ganz häufig Risse bekommen, in Gebäuden zum Beispiel. So, also es ist bekannt, Druckbelastung ist gut, Zugbelastung ist schlecht für Beton. Jetzt gibt es Stahlbeton und der besteht aus eingelegten Stahlstäben zum Beispiel, wie ich die jetzt hier skizziert habe.
Das ist die sogenannte Bewährung, also in meinem Bauteil das wäre Stahl und das ist der Beton. So, wenn Sie jetzt hier eine Zugbelastung aufbringen, dann sehen Sie schon, was passiert. Der Stahl, der eine hohe Zugfestigkeit hat. eine hohe Belastbarkeit unter Zugbeanspruchung hat, übernimmt diese Belastung.
Und damit hat der Stahlbeton nicht nur im Druckbereich, wo der Beton zeigen kann, was er kann, sondern auch im Zugbereich eine hohe Belastbarkeit. Wenn Sie jetzt natürlich Ihre Stäbe aus Stahl... in dieser Richtung in den Stahlbeton legen, dann sehen Sie schon, dann nützt Ihnen diese hohe Festigkeit des Stahls nichts.
Und auch hier werden Risse entstehen durch den Beton aufgrund der niedrigen Festigkeit unter Zugbeanspruchung des Betons. Das heißt, wenn Sie das verstanden haben, Beim Stahlbeton, ich würde sagen, dann können Sie auch faserverstärkte Kunststoffe verstehen. Und jetzt hat man natürlich hier noch vielerlei Möglichkeit, wie man diese Fasern in einen Werkstoff einbringt. Ob das lange Fasern, kurze Fasern, in eine bestimmte Richtung gelegte Fasern sind. Also Sie sehen, es gibt hier eine ganz große Spielwiese von Werkstoff.
Kombination und wenn wir jetzt noch mal die Beschichtungen betrachten, dann ist das also noch mal etwas, wo sie quasi nicht einem gesamten Werkstoffvolumen, sondern nur einer bestimmten Schicht eine bestimmte Eigenschaft geben möchten. Also Sie sehen hier, durch Verbundwerkstoffe ist noch ganz viel möglich in der Zukunft und vielleicht haben Sie ja auch mal eine Idee, wie Sie Werkstoffeigenschaften verbessern können durch einen Verbund von Werkstoffen.