LS3.2 Werkstoffkunde Schienenkunststoffe
Subtraktive Fertigung
Für die subtraktive Fertigung von Schienen werden industriell gefertigte Rohlinge verwendet. Die Firma AmmannGirrbach gibt für das Produkt Cramill A-Splint z.B. folgende Eigenschaften an:
- Biege(zug)festigkeit >100 MPa
- Wasseraufnahme <25 μg/mm³
Additive Fertigung
Bei der additiven Fertigung werden photopolymerisierende Harze verwendet. Du kennst sie schon aus der Lernsituation 1.2..
Auf der Webseite der Firma Weithas findest verschiedene Harze für die additive Fertigung von Schienen.
Für das Produkt Keysplint Soft werden z.B. folgende Eigenschaften angegeben:
- E-Modul : 1356 MPa
- Biege(zug)festigkeit: 2,6-4,4 MPa
- Wasseraufnahme: <18 μg/mm³
Manuelle Herstellung
Adjustierte Schienen werden manuell entweder auf PMMA-Folien oder aus PETG-Folien hergestellt. Du findest eine gute Übersicht über beide Folientypen auf der Webseite der Firma Erkodent.
- PMMA kennst Du schon detailliert aus der Lernsituation 1.2.
- PETG heißt vollständig Polyethylenterephthalat. Du kennst es von den allgegenwärtigen PET-Getränkeflaschen. Ein Anpolymerisieren mit PMMA ist möglich. Nur so kannst Du auf der tiefgezogenen Folie die Eckzahnführung nachträglich aufbauen.
| Eigenschaft | PMMA | PETG |
|---|---|---|
| Form | stabil, hart | sehr zäh, hart |
| Biege(zug)festigkeit | nicht angegeben | 69 MPa |
| Schlagzähigkeit | 25 kJ/m² | kein Bruch |
| Bruchdehnung | 22 % | 40 % |
| E-Modul | 2400 MPa | 2200 MPa |
Solltest Du Deinen Kompetenzlevel mit 3 oder 4 einschätzen, kannst Du gern die Wikipediaartikel zu den vier gelisteten Eigenschaften lesen oder teilweise lesen.
Wenn Du Deine Kompetenzen eher mit Level 1 oder 2 einschätzt, lese bitte die folgenden kurzen Erläuterungen:
Eigenschaften
Schlagzähigkeit
Die Schlagzähigkeit gibt an, wie robust ein Kunststoff gegenüber plötzlichen, kräftigen Krafteinwirkungen ist.
Die Schlagzähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Werkstoffes, Stoßenergie und Schlagenergie zu absorbieren (ohne Beschädigung aufzunehmen). Die Schlagzähigkeit berechnet man aus der Schlagarbeit (kJ) und dem Prüfkörperquerschnitt (m²). Die Maßeinheit ist kJ/m².
Arbeit (W, Work) berechnet sich aus der Dir schon bekannten Größe Kraft (N, Newton) und dem zurückgelegten Weg des Objektes. Man kann also Arbeit mit "Kraft mal Weg" beschreiben. Der Weg ist sozusagen der "Anlauf", den die Zähne nehmen, um mit einer bestimmten Kraft auf die Schiene zu beißen. Der Weg kann auch die Höhe sein, aus der die Schiene ins Waschbecken oder auf den Boden fällt. Die Schlagzähigkeit ist also etwas ähnliches wie die Dir bekannte Biegezugfestigkeit mit Anlauf ;-).
Bruchdehnung
Die Bruchdehnung beschreibt die bleibende Verlängerung eines Werkstoffes nach dem Zerbrechen. Die Bruchdehnung wird mit dem Zugversuch getestet, den Du später in der Ausbildung kennen lernen wirst. Dabei wird an einer Probe eines Werkstoffes so lange gezogen, bis sie nach Verformung zerbricht. Die Bruchdehnung beschreibt die Verformungsfähigkeit (Fachbegriff: Duktilität) eines Werkstoffes. Eine hohe Bruchdehnung zeigt, das der Werkstoff verformbarer, also nicht spöde ist. Ein Schiene verkraftet einfach gesagt z.B. einen Fall auf den Boden besser, wenn sie eine höhere Bruchdehnung hat.
Elastizitätsmodul
Ganz vereinfacht ist der E-Modul (Abkürzung für Elastizitätsmodul) die Kraft, die nötig ist, um eine Probe aus einem Werkstoff auf seine doppelte Länge elastisch zu ziehen. Elastische heißt, es muss sich auch wieder in die Ausgangslänge zurückverformen. Das geht natürlich wirklich nur mit z.B. einem Haargummi. In der Praxis geht z.B. eine Schiene kaputt, bevor die doppelte Länge erreicht wird. Der Wert ist also bei eher spröden bzw. nicht elastischen Werkstoffen rein theoretisch. Der E-Modul wird auch mit dem Zugversuch getestet, den Du später in der Ausbildung kennen lernen wirst. Er wird dann aus dem Ergebnis berechnet.