Physik und Handwerkzeuge: Ein Leitfaden für die Praxis

Physikalische Grundlagen der Materialausdehnung

Verschiedene Substanzen zeigen unterschiedliche Ausdehnungsverhalten bei Temperaturänderungen.

Lineare Ausdehnung

Die lineare Ausdehnung beschreibt die Längenänderung eines Stoffes pro Grad Celsius Temperaturänderung. Ihre Einheit ist Längeneinheit/°C (z.B. mm/°C). Der Ausdehnungskoeffizient ist bei schlechten Wärmeleitern niedrig und bei guten Wärmeleitern hoch.

Formel 1: (Lf - Lo) = α * Lo * (Tf - To)

Formel 2: Lf = Lo * [1 + α * (Tf - To)]

Hinweis: Lf ist die Endlänge, Lo die Ausgangslänge, Tf die Endtemperatur, To die Ausgangstemperatur und α der lineare Ausdehnungskoeffizient.

Volumenausdehnung

Die Volumenausdehnung beschreibt die Volumenänderung einer Substanz pro Grad Celsius Temperaturänderung, unter Berücksichtigung der Ausdehnung in drei Dimensionen. Dies führt zu einer Erhöhung des Volumens einer Substanz bei Temperaturerhöhung.

Formel: (Vf - Vo) = Vo * β * (Tf - To)

Hinweis: Vf ist das Endvolumen, Vo das Ausgangsvolumen, Tf die Endtemperatur, To die Ausgangstemperatur und β der volumetrische Ausdehnungskoeffizient.

Handwerkzeuge: Ein umfassender Überblick

Allgemeine Merkmale von Handwerkzeugen

Handwerkzeuge ermöglichen präzises Arbeiten an spezifischen Aufgaben, sind vielseitig für verschiedene Materialien einsetzbar und wandeln Muskelenergie in mechanische Energie um.

Anreißwerkzeuge

Diese Werkzeuge dienen dazu, das Material für die Bearbeitung vorzubereiten, indem sie die Form des Werkstücks auf der Oberfläche markieren.

• Anreißnadel/Bleistift: Für Metall muss der Bleistift härter sein, um eine dauerhafte Spur zu hinterlassen.
• Körner: Hat eine Spitze, die zum Anbohren von Löchern verwendet wird, um das Abrutschen des Bohrers zu verhindern. Erfüllt die Funktion, eine Punktmarkierung zu setzen.

Messwerkzeuge

Messwerkzeuge sind unerlässlich für präzises Arbeiten und die Einhaltung von Maßen.

• Werkstattmaßstab/Lineal: Oft aus Metall, beidseitig skaliert (z.B. in Millimetern und Zoll), sehr vielseitig.
• Maßband: In Zoll und Millimetern, oft aus Metall, flexibel und vielseitig einsetzbar.
• Gliedermaßstab (Zollstock): Aus verschiedenen Materialien gefertigt, je nach Handwerk und Anwendung.
• Anschlagwinkel: Zum präzisen Zeichnen gerader Linien und Prüfen von Winkeln.
• Werkstattzirkel: Zum Anreißen von Kreisen und Bögen. Er besitzt eine Spitze zur Fixierung des Mittelpunkts und eine weitere zum Markieren.

Spannwerkzeuge

Spannwerkzeuge dienen der Immobilisierung des Werkstücks während der Bearbeitung.

• Feste Schraubenschlüssel: Für jede Schlüsselweite ist ein eigener Schlüssel erforderlich. Sie umschließen die Mutter auf allen Seiten.
• Steckschlüssel: Bestehen aus einem rohrförmigen Arm (für schwer zugängliche Stellen) und austauschbaren Einsätzen für verschiedene Schlüsselweiten.
• Rollgabelschlüssel (Engländer): Ein verstellbarer Schraubenschlüssel mit zwei Backen, vielseitig einsetzbar, da er sich an verschiedene Größen anpassen lässt.
• Zangen: Zum Greifen, Halten, Schneiden, Anpassen oder Lockern. Die Kraftübertragung erfolgt über den Griff.
  • Backen: Können gerändelt sein oder eine Aussparung zum Halten runder Werkstücke haben.
  • Schneidfunktion: Viele Zangen haben integrierte Schneiden.
  • Kabelabisolierzange: Speziell zum Abisolieren von Kabeln.
• Wasserpumpenzange: Verstellbar, zum Greifen und Halten von Werkstücken unterschiedlicher Größe, oft mit rutschhemmenden Backen.
• Feststellzange (Gripzange): Zum Fixieren von Werkstücken auf einer Unterlage. Sie sind tragbar und vielseitig, mit einstellbarer Schließkraft.
• Rohrzange (Schwedenzange): Mit rutschfesten, gerändelten Backen, ermöglicht das Aufbringen großer Kraft.

Schneidwerkzeuge

Diese Werkzeuge dienen dem Trennen von Materialien.

• Sägen:
  • Holzsägen: Haben lange, gekrümmte Zähne und eine geringere Härte (z.B. Fuchsschwanzsägen mit fester Klinge und Griff).
  • Metallsägen: Haben kurze Zähne, oft aus Hartmetall, für härtere Materialien.
• Zangen mit Schneidfunktion:
  • Elektrische Zangen: Mit isolierten Griffen für sicheres Arbeiten an elektrischen Leitungen.
  • Mechanische Zangen: Mit zwei Schneiden zum Trennen von Materialien.
• Bolzenschneider: Schwerere Zangen für Eisen, Stahl, Draht und Kabel.

Polier- und Schleifwerkzeuge

Zum Entfernen von Unebenheiten und zur Oberflächenbearbeitung.

• Schleifmittel:
  • Schleifpapier
  • Schmirgelleinen
• Drahtbürste: Entfernt Rost und Verunreinigungen von Metalloberflächen.
• Schleifstein/Wetzstein: Entfernt Grate und Unebenheiten, die z.B. beim Bohren oder Gewindeschneiden entstehen.

Spanabhebende Bearbeitung: Feilen

Feilen sind Werkzeuge zum Materialabtrag. Das Schruppen bezeichnet den groben Materialabtrag.

• Feilen sind härter als Eisen und in verschiedenen Härtegraden erhältlich:
  • Grob: Für schnellen Materialabtrag.
  • Mittel (Schleifen): Für eine feinere Oberflächenbearbeitung.
  • Fein (Polieren und Glätten): Für sehr glatte Oberflächen.
• Feilentypen:
  • Flachfeile: Für parallele Flächen und gerade Kanten.
  • Rundfeile: Für abgerundete Kanten, Löcher oder konkave Formen.
  • Halbrundfeile: Für gerade und/oder lange Kanten sowie zum Glätten.

Bohren und Bohrmaschinen

Das Bohren dient dem Erzeugen von Löchern in verschiedenen Materialien.

• Bohrer:
  • Materialien:
    • Für Holz: Bohrer aus Kohlenstoffstahl (günstig, aber überhitzen bei hohen Drehzahlen).
    • Für Metalle: Bohrer aus HSS-Stahl (ermöglichen hohe Geschwindigkeiten für Eisen und andere Metalle).
    • Für Mauerwerk: Bohrer aus Kohlenstoffstahl und Hartmetall (HW-Spitze).
  • Bestandteile eines Bohrers:
    • Zentrierspitze: Erleichtert das Anbohren.
    • Spiralnut (Wendel): Zum Abführen des Bohrmaterials.
    • Zylindrischer Schaft: Zum Einspannen in das Bohrfutter.
    • Hartmetallspitze (Vidia): Für Mauerwerk und sehr harte Materialien.
• Bohrmaschinen:
  • Handbohrmaschinen: Flexibel einsetzbar, aber weniger präzise.
  • Ständer-/Tischbohrmaschinen: Ermöglichen präzises, senkrechtes Bohren.
  • Bohrfutter: Zum Einspannen des Bohrers.
  • Bohrtisch: Zum Positionieren und Fixieren des Werkstücks.

Verbindungselemente und Schraubwerkzeuge

Zum Verbinden von Bauteilen.

• Schrauben: Besitzen ein Außengewinde.
• Muttern: Besitzen ein Innengewinde und passen auf Schrauben.
• Schraubendreher: Zum Eindrehen und Lösen von Schrauben.
  • Isoliert oder nicht: Je nach Anwendungsbereich (z.B. für Elektroarbeiten).
  • Typen:
    • Kreuzschlitz (Philips): Häufig verwendet.
    • Schlitz: Ermöglicht eine hohe Kraftübertragung.