Beispieltexte von mir

Hier möchte ich Ihnen einige Beispieltexte von mir vorstellen.

 

Es handelt sich um Texte zu technischen Themen. Natürlich schreibe ich aber auch Texte zu anderen Themengebieten.

 

Beispiel 1:

 

Die Entwicklung der LED-Technik bis heute

 

Jeder kennt Leuchtdioden, kurz LEDs, die heute in elektronischen Geräten, Taschenlampen oder sogar in der Fahrzeugbeleuchtung eingesetzt werden. Hinter diesem unscheinbaren Bauteil steckt aber eine sehr lange Entwicklung.

 

Die Ursprünge leuchtender Halbleiter

 

Bereits im Jahre 1907 gelang es dem Wissenschaftler Henry Joseph Round erstmalig, eine Lichtemission bei anorganischen Stoffen mithilfe des elektrischen Stroms zu erzeugen. Dieses Halbleitermaterial, das den elektrischen Strom nur in einer Richtung fließen ließ, stellte den Anfang einer ganz neuen Technologie dar, auf der die gesamte LED-Technik basiert. Anfangs wusste man allerdings mit dieser Technologie recht wenig anzufangen. Geändert hat sich dies erst im Jahre 1949. In diesem Jahr wurde der Transistor erfunden.

 

Die Halbleitertechnik und die Leuchtdiode

 

Obwohl auf den ersten Blick die Zusammenhänge nicht unbedingt deutlich zu sein scheinen, spielte jedoch die Erfindung des Transistors und die damit verbundene Weiterentwicklung der Halbleitertechnik eine sehr große Rolle bei der Entwicklung der Leuchtdiode. Erstmals war es nun möglich, die anfangs noch rätselhafte erscheinende Lichtemission bei den Halbleitern zu erklären. Dadurch war man in der Lage, sich bei der Erforschung dieser Art der Lichterzeugung ganz auf die Halbleitertechnik zu konzentrieren.

 

Die ersten Leuchtdioden

 

Die erste tatsächlich funktionierende LED wurde im Jahre 1962 hergestellt. Diese rot bis gelblich leuchtende LED war der Beginn einer Entwicklung, die bis heute anhält. Die Leuchtfarbe hängt von den verwendeten Halbleitermaterialien ab. Die Helligkeit der ersten hergestellten Leuchtdioden war noch sehr gering. Erst im Laufe der folgenden Jahre bzw. Jahrzehnte konnte die Lichtstärke auf ein Vielfaches erhöht werden. Ermöglicht wurde dies mit der Verbesserung der Halbleiterschichten durch neue Herstellungsverfahren sowie der Reduzierung von in den Materialien vorhandenen Verunreinigungen. Die Verwendung anderer Halbleitermaterialien ermöglichte es zudem auch, LEDs mit anderen Leuchtfarben herzustellen.

 

Beispiel 2:

 

Keine Science-Fiction: 3D-Drucker als Replikatorvorläufer

 

3D-Drucker sind keineswegs Gegenstände wie die Replikatoren aus Science-Fiction-Filmen à la Star-Wars oder Star-Trek. Aber schon heute können mit 3D-Druckern aus im Computer entstandenen Objekten reale Gegenstände hergestellt werden.

 

Sind 3D-Drucker die Vorläufer der Replikatoren aus Science-Fiction-Filmen?

 

Man könnte fast annehmen, dass 3D-Drucker als Vorläufer der Replikatoren aus den bekannten Star-Trek-Filmen und Fernsehserien gelten. Tatsächlich sind moderne 3D-Drucker in der Lage, anhand digitaler Daten Gegenstände in beliebigen Farben und Formen herzustellen. Dies geht zwar nicht ganz so schnell wie bei den Replikatoren aus den bekannten Filmen und Fernsehserien, könnte aber als erster Schritt in diese Richtung angesehen werden. Entsteht in einem solchen Drucker langsam und mit sichtbarem Fortschritt ein mithilfe einer Kamera eingescanntes oder am Computer entstandenes Objekt, fühlt man sich tatsächlich in die Zukunft bzw. in einen Science-Fiction-Film versetzt.

 

Die Technik und Entwicklung des 3D-Druckers

 

Die ersten 3D-Drucker wurden gebaut, um im industriellen Bereich Prototypen herzustellen. Die dahintersteckende Technologie ist gar nicht so neu. Bereits in den achtziger Jahren wurden die ersten Patente im Bereich der dreidimensionalen Drucktechnik angemeldet. Doch es dauerte noch eine ganze Zeit, bis diese Technik so weit weiterentwickelt worden war, dass sie auch als universelles Hilfsmittel für den Privatanwender interessant wurde. Tatsächlich schreitet die Entwicklung der Technik mit großen Schritten voran. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass sich dringend benötigte Bauteile für verschiedene Geräte oder auch Maschinen mit relativ geringem Aufwand produzieren lassen. Dadurch ist der 3D-Druck auch zu einem wichtigen Hilfsmittel geworden, um dringend benötigte Ersatzteile zur schnellen Reparatur eines Gerätes oder einer Maschine herzustellen. Ein 3D-Drucker erfordert keine teure und zeitintensive Herstellung von Spritzgussformen, wie diese bei der Herstellung von verschiedenen Gegenständen auf konventionelle Weise benötigt werden. Das am Computer erstellte dreidimensionale Objekt kann mithilfe eines solchen Druckers direkt in einen reellen Gegenstand umgewandelt bzw. umgesetzt werden.

 

Die Funktionsweise des dreidimensionalen Druckens

 

Ein 3D-Drucker wird wie ein herkömmlicher Drucker mit einem Computer verbunden und erzeugt aus einem oder auch mehreren Werkstoffen in flüssiger Form oder Pulverform Werkstücke, deren Formen anhand eines dreidimensionalen Objektes im Computer festgelegt wurden. Der Aufbau des Werkstückes erfolgt dabei mithilfe von physikalischen oder chemischen Prozessen in mehreren kleinen Schichten. Genau, wie bei einem herkömmlichen Drucker der Ausdruck zeilenweise erfolgt, wird bei einem 3D-Drucker das Werkstück schichtweise hergestellt. Einige Drucker arbeiten beispielsweise mit einem Schmelzverfahren, bei dem der Werkstoff im ursprünglich festen Zustand zunächst mithilfe von Hitze geschmolzen und durch eine Düse schichtweise auf einer Fläche (der Druckfläche) aufgetragen wird. Nach dem Auftragen des Werkstoffes bzw. einer Schicht des Stoffes härtet dieser wieder aus und verbindet sich so mit der vorher aufgetragenen Werkstoffschicht. Die meisten Drucker, welche als Einstiegsmodelle angeboten werden, arbeiten nach dieser recht einfachen Methode.

 

Bausätze für 3D-Drucker und die notwendige Druckersoftware

 

3D-Drucker sind sowohl als fertige Geräte als auch als Bausätze erhältlich. Letztere stellen vor allem für Einsteiger in die dreidimensionale Drucktechnik recht preisgünstige Alternativen dar. Schon mit einem solchen Bausatz ist der Anwender in der Lage, relativ schnell und einfach Prototypen, Werkstücke oder auch Ersatzteile in geringen Stückzahlen herzustellen. Häufig ähneln diese Geräte jedoch alles andere als herkömmlichen Druckern, was aber nicht heißen soll, dass die Geräte ihre Aufgabe nicht erfüllen könnten. Mithilfe einer geeigneten Software ist die Erstellung entsprechender dreidimensionaler Modelle kein Problem. Diese Software ermöglicht sowohl das Erstellen eigener Modelle als auch die Erzeugung von 3D-Objekten anhand von Vorlagen, welche aus Kamerabildern gewonnen wurden. Durch die in der Software vorhandenen Nachbearbeitungsfunktionen kann das so gewonnene dreidimensionale Objekt für die Ausgabe durch den 3D-Drucker vorbereitet werden. Natürlich ist auch ein Abspeichern der auf diese Weise erstellten Objekte bzw. Druckdaten möglich.

 

Möglichkeiten und Grenzen der dreidimensionalen Drucktechnik

 

Natürlich wird der dreidimensionale Druck ständig weiterentwickelt. Generell lässt sich sagen, dass nahezu alle möglichen Gegenstände bis zu einer bestimmten Größe mithilfe eines 3D-Druckers hergestellt werden können. Interessant für die meisten Menschen ist ein 3D-Drucker besonders durch seine Möglichkeit, Ersatzteile oder auch Prototypen recht einfach herstellen zu können. Auch im Bereich des Modellbaus wird dieser Drucker sehr gerne eingesetzt, um individuelle Gegenstände und Einzelteile von Modellen anfertigen zu können. Die Grenzen dieser Technik machen sich hauptsächlich in der Materialauswahl bemerkbar sowie in der Größe der zu druckenden Gegenstände. So wird die maximale Größe der Objekte beispielsweise durch den Druckraum des 3D-Druckers begrenzt. Aber auch in der anderen Richtung, nämlich der Details beim Ausdruck, gibt es Grenzen, die durch die Auflösung der Drucktechnik zustande kommen. Denn im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Replikatoren der Science-Fiction Filme arbeiten auch die modernsten 3D-Drucker noch nicht im Molekularbereich.

 

Die Zukunft dieser Technik

 

Man kann durchaus davon ausgehen, dass der 3D-Druck in einigen Jahren so weit weiterentwickelt worden ist, dass sowohl Planung als auch Herstellungsprozesse von Prototypen in vielen Bereichen der Industrie nachhaltig durch diese Technologie verändert werden. Die bisher recht aufwendige Produktplanung sowie Entwicklung von Prototypen wird auf jeden Fall durch die dreidimensionale Drucktechnologie wesentlich beeinflusst werden und auch gegebenenfalls völlig neue Märkte erschaffen. Schon heute gibt es beispielsweise Anbieter im Internet, an die am Computer erstellte dreidimensionale Objekte verschickt werden können. Mithilfe eines 3D-Druckers stellt der Anbieter das gewünschte Objekt in einer beliebigen Anzahl her und übersendet es anschließend dem Auftraggeber. Was also bisher im Bereich der zweidimensionalen Drucktechnik gang und gäbe ist, könnte sich auch im dreidimensionalen Bereich durchsetzen und zur Normalität werden. Doch nicht nur das: Sinken die Preise dieser Technologien weiterhin so stark, so wird diese Technik auch für den Privatanwender interessant. Dieser wäre dann quasi in der Lage, sich alle Gegenstände selbst zu drucken, die mithilfe dieser Technologie hergestellt werden können.

 

Beispiel 3:

 

Massenausfälle von Elektrolytkondensatoren durch die Kondensatorpest

 

Bereits Ende 1999 wurde ein massenhaftes Ausfallen von Aluminium-Elektrolytkondensatoren beobachtet. Hierbei handelte es sich um Elektrolytkondensatoren, die vorwiegend aus taiwanesischer Herstellung stammten. Diese Elektrolytkondensatoren sorgten für hohe Ausfallraten bei Mainboards für PCs und Stromversorgungen in LCD-Monitoren sowie zahlreichen weiteren Geräten. Ursache für diese Massenausfälle waren Korrosionen an Aluminiumelektrolytkondensatoren, die auf fehlerhafte Elektrolyte zurückgeführt werden konnten.

 

Laut der Spezifikation der eingesetzten Elektrolytkondensatoren sollten diese eine Lebensdauer von 2000 Stunden bei einer maximalen Betriebstemperatur von 105 °C besitzen. Die durchschnittliche Innentemperatur eines PCs beispielsweise beträgt etwa 45 °C. Unter den gegebenen Umständen kann von einer Lebensdauererwartung gesprochen werden, die etwa einem Dauerbetrieb von 15 Jahren entspricht. Die ersten Ausfälle traten allerdings bereits nach etwa anderthalb bis zwei Jahren auf.

Die Auswirkungen der Ausfälle machten sich zunächst in nicht näher erklärbaren Fehlfunktionen der betroffenen Hardwarekomponenten bemerkbar. Dazu gehörten beispielsweise Abstürze von Computersystemen sowie fehlerhafte Grafikdarstellungen durch defekte Elektrolytkondensatoren auf Grafikkarten.

 

Nach dem Öffnen der Geräte boten sich dem Betrachter zum Teil spektakuläre Bilder in Form von geplatzten Elektrolytkondensatoren und ausgelaufenen Elektrolyten. Zum Teil sind auf den Platinen durch die ausgelaufenen Elektrolyte Kurzschlüsse zwischen den Leiterbahnen aufgetreten, die für erhebliche Folgeschäden sorgten. Verschiedene Hersteller der betroffenen Hardwarekomponenten führten sogar Rückrufaktionen durch und mussten die Reparaturkosten wegen dieser defekten Bauteile übernehmen.

 

Gründe für Ausfälle von Elektrolytkondensatoren

 

Bereits der erste Elektrolytkondensator aus dem Jahre 1896 funktionierte vom Prinzip her nicht anders als moderne Bauteile dieser Art. Bestehend aus einer Aluminiumanode mit enthaltenem Dielektrikum aus Aluminiumoxid, enthält der Elektrolytkondensator flüssigen Elektrolyt, welcher sich der Struktur des Dielektrikums anpasst. Dieses bildet die Kathode des Kondensators.

Die direkte Berührung der Schutzschicht mit einer zweiten Aluminiumfolie, der Anodenfolie, wird durch einen Abstandhalter aus Papier verhindert. Die ersten Elektrolytkondensatoren besaßen allerdings eine im Vergleich zur Baugröße relativ geringe Kapazität. Aus diesem Grunde wurden in den achtziger Jahren niederohmige Elektrolyte auf Wasserbasis entwickelt. Diese hatten den Vorteil einer verbesserten Leitfähigkeit gegenüber Elektrolyten mit organischen Lösungsmitteln. Salze, die den Elektrolyten erst ihre Leitfähigkeit geben, werden durch diese Elektrolyte in hoher Konzentration gelöst. Dadurch entsteht eine hohe Konzentration der in Elektrolyten befindlichen Ionen, was wiederum für eine bessere Leitfähigkeit sorgt.

 

Allerdings hat die Verwendung von auf Wasser basierenden Elektrolyten den Nachteil, dass sie mit dem ungeschützten Aluminium stark reagieren. Hierbei können exotherme Reaktionen auftreten, bei denen das Aluminium in Aluminiumhydroxid umgewandelt wird. Eine starke Wärme- und Gasentwicklung im Elektrolytkondensator ist die Folge. Das Hauptproblem bestand also zunächst darin, die Aggressivität von wasserhaltigen Säuren gegenüber dem Aluminium in den Griff zu bekommen.

Die Lösung bestand in einer Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche des Metalls und im Elektrolyt enthaltenen Korrosionsschutzmitteln. Die Aluminiumoxidschicht ist jedoch gegenüber chemischen Angriffen nur dann beständig, solange der pH-Wert des Elektrolyts in einem bestimmten Bereich von leicht sauer (pH=5) bis neutral (pH=7) liegt. Verlässt der pH-Wert diesen Idealbereich, entstehen größer werdende Restströme. Verliert jedoch die Aluminiumoxidschicht wegen einer Umformung zu Oxid ihre Stabilität, kommt es zu einer weiteren Neubildung von Aluminiumhydroxid.

 

Ab diesem Zeitpunkt kann man von einem wahren Teufelskreis chemischer Reaktionen sprechen, da diese nicht mehr zum Stillstand kommen. Das gebildete Aluminiumhydroxid löst sich von der Aluminium-Oberfläche ab, formt sich aber nicht in das gewünschte Aluminiumoxid um, was zu einer Schwächung im Dielektrikum führt. Es kommt zu einer weiteren Neubildung von Aluminiumhydroxid. Die Poren in der am Anodenfolie werden mit dem entstandenen Hydroxid zugewuchert.

 

Bei dieser Reaktion entsteht Wasserstoffgas im Inneren des Elektrolytkondensators, das wiederum zu einem stark ansteigenden Druck führt. Eben diese Gasbildung war es, die zu den genannten Vorfällen und den damit verbundenen Ausfällen der eingesetzten Elektrolytkondensatoren führte. Letzten Endes war es also das Wasserstoffgas, welches die aufgeblähten Elkobecher sowie die geöffneten Becherventile verursachte.

 

Spezielle Untersuchungen bestätigten diese Erkenntnis. Normalerweise ist es bei der Fertigung von Elektrolytkondensatoren üblich, Nitroverbindungen oder Amine einzusetzen, um den gebildeten Wasserstoff zu binden und den entstehenden Druck abzubauen. Bei Untersuchungen nach entsprechenden Stoffen konnten diese Verbindungen jedoch nicht nachgewiesen werden. Verschiedene Untersuchungen an Kondensatoren, deren Becher zwar ausgebeult, aber noch nicht gebrochen waren, ergaben, dass die enthaltenen Elektrolyte einen basischen pH-Wert zwischen sieben und acht hatten. Normalerweise sollte dieser Wert eher im sauren Bereich (pH=4) liegen. Tatsächlich wurde bei einer entsprechenden Analyse gelöstes Aluminium im Elektrolyt festgestellt.