Technikwissen - Wissenswertes rund um die Technik

Vorsicht, hart heißt …wie bei Glas auch zerbrechlich. Eine Autokarosserie aus Glas würde sich wohl niemand wünschen, bei einem Unfall soll sich der Stahl verformen und nicht brechen. Das Tolle am Stahl ist, dass wir nahezu beliebig hart oder weich machen können. Beim Messer machen wir ihn hart, damit die Klinge nicht schnell stumpf wird. Aber vielleicht haben Sie es auch schon festgestellt, wenn ein Messer auf den Boden fällt, kann es brechen, das passiert mit einem weichen Kaffeelöffel nicht.

Wir können Stahl fast nach Belieben herstellen
- hart (z. B. Messer), aber auch
- weich (z. B. Bindedraht)
Aber wie misst man die Härte?
Das ist ganz einfach: … Wie würden Sie feststellen, ob die Butter weich oder hart ist? Mit dem Messer drücken Sie auf die Butter uns sehen, wie tief es eindringt.
Fast genauso messen wir bei Metallen die Härte, wir drücken mit einem Gegenstand auf das Werkstück und sehen, wie tief die Eindrucksstelle ist.
… und nun für Experten: Bei Rockwell (HR) und Brinell (HB) wird eine Kugel, bei Vickers (HV) Pyramidenspitze eingedrückt.

Auch hier steckt wieder eine tolle Entdeckung dahinter, die die Welt verändert hat.
Steine sind sehr druckfest, niemals würden wir einen Stein mit unseren Fingern zerdrücken können. Aber als dünner Stab ist er leicht zerbrechlich (Sie kennen es von der Kreide).
Wir bezeichnen dies als extrem druckfest, aber mit geringer Zugfestigkeit.  In den meisten Fällen benötigen wir aber beides. Druck-  und Zugfestigkeit, zum Beispiel bei einer Brücke.  Leicht vorstellbar ist dies bei einem Brötchen, das Sie brechen: Oben wird es auseinandergerissen, unten wird es zusammengedrückt.

Beton würde leicht reißen, wenn wir nicht einen Partner hätten, der die Zugkräfte aufnehmen kann.  Sie ahnen es schon, es ist der Stahl. So ist vor 150 Jahren Stahlbeton entdeckt worden.  Eine geniale Erfindung, nicht zuletzt deswegen, weil Stahl und Beton ungefähr die gleiche Wärmeausdehnung haben.  Da haben wir mit unseren Naturgesetzen mal wieder Glück …  andere Metalle, wie zum Beispiel Aluminium, dehnen sich doppelt so stark aus, der Beton mit Aluminium würden bei Erwärmung platzen.

Lange Zeit war dies nicht berechenbar. Viele Gebäude sind eingestürzt, weil sie die Last nicht tragen konnten. Trial-and-Error, das war die Vorgehensweise.
Heute können wir alles exakt berechnen, sogar die kompliziertesten Teile. So war es möglich, das Flugzeug A380 im Computer zu berechnen, es an die Startbahn zu stellen und es ist geflogen…
Die zugrundeliegende Methode nennt sich Finite Elemente Methode.  Im Computer werden selbst komplizierteste Teile in viele kleinste Einheiten unterteilt.  So können mit einfachen Rechenoperationen (Hebelgesetze), tausendfach durchgeführt, die Kräfte an jeder Stelle berechnet werden. Im Bild sind blau die Druckspannungen und rot die Zugspannungen dargestellt.
Auch Material kann dadurch eingespart werden.  Nahezu alle tragenden Teile im Auto sind so optimiert.

Natürlich oxidiert Aluminium auch, aber diese Schicht dichtet ab, es kann kein Sauerstoff mehr das darunter liegende Aluminium erreichen. Bei Stahl ist dies anderes. Die Oxidation – wir sprechen hier auch von Rost - geht leider immer weiter und weiter bis das ganze Teil nur noch aus brüchigem Eisenoxid besteht.

Reicht es, wenn wir Eisenerz erhitzen, tropft dann Eisen heraus? So einfach ist es leider nicht. Das Eisenatom ist im Eisenoxid mit dem Sauerstoff verbunden und hält ihn fest. Wir benötigen jemanden, der dem Eisenatom den Sauerstoff entführt.  Einen Casanova…?  Es ist tatsächlich ein Stoff mit  „C“ wie Casanova. Denn der Kohlenstoff (C) kann unter Hitze dem Eisenoxid den Sauerstoff entnehmen und so entsteht Eisen. Der Hochofen muss also nicht nur um zu heizen mit Kohle gefüllt werden, sondern auch um dem Eisen den Sauerstoff zu entziehen. Die neueste Entwicklungen, „grünen“ Stahl herzustellen,  kommt ohne Kohle aus.   Weitere interessante Geschichten zum Stahl im Seminar.

Wussten Sie, dass Biber Eisen in den Zähnen haben? Ja, die äußere Schicht ist durch das Eisen rot gefärbt und trotzt so besonders der Abnutzung.
In der Industrie sprechen wir (mit kleinen Ausnahmen) immer von Stahl. Reden Sie möglichst nicht von Eisen, das entlarvt Sie als Laien.
Aber was ist Stahl? Ganz einfach eine Legierung… und was ist eine Legierung?  Eine Mischung von Eisen mit anderen Stoffen.  Die Stahlkocher können je nach gewünschter Anforderung Hunderte verschiedene Legierungen herstellen. Wenn es edle Zutaten sind, wird es Edelstahl.

Wie ein Koch einen relativ einfachen Eintopf, oder auch einen Eintopf mit edlen Zutaten kochen kann, so kann der Stahlkocher auch aus vielen Stoffen wählen. Sind es edle Stoffe wie zum Beispiel Chrom und Nickel, sprechen wir von Edelstahl.
Diese Zuschlagstoffe rosten nicht, deshalb rostet Edelstahl kaum… Dadurch ist er auch teurer und aufwändiger zu bearbeiten.
Edelstahl ist aber heute kaum mehr wegzudenken, wie der Blick in die Versuchsküche zeigt. Stellen Sie sich vor, dieses Metall würde rosten.

Es ist brutal, was wir Stahlteilen beim Schmieden antun!  Das Innere im Stahl, auch Gefüge genannt, hat durch die starken Verformungen Schäden bekommen. Wenn wir so weitermachen würden, könnte es brechen.  Deshalb schicken wir das Metallteil nach dem großen „Trauma“ in REHA. Ganz konkret in den Wärmeofen, wir glühen es und so erholt sich das Gefüge wieder.  Das wussten, wie das Foto zeigt, die Schmiede früher schon