Würden Zahnräder aus Stein funktionieren?

Ich schreibe über eine Umgebung, in der die Leute fortgeschrittenes theoretisches Wissen haben, aber noch begrenzte Herstellungsfähigkeiten; Insbesondere haben sie noch keine Metallurgie, aber sie versuchen, einige ziemlich komplexe Maschinen wie Spinnräder, Schubkarren, Töpferräder und Wassermühlen herzustellen, die präzise bewegliche Teile erfordern, die erheblichen Belastungen standhalten können. In unserer Welt mussten diese warten, bis sie aus Metall hergestellt werden konnten.

Aber eine Sache, zu der sie Zugang haben, ist eine magische Kraft, Steine ​​zu formen. Damit entfällt der für solche Zwecke übliche Nachteil von Stein, dass er sich nicht ohne Weiteres in präzise, ​​komplexe Formen bearbeiten lässt.

Es besteht immer noch das Problem, dass einige Steinarten (z. B. Feuerstein) zwar hart und verschleißfest sind, Stein jedoch immer eine geringe Zugfestigkeit aufweist. Für einige Anwendungen könnte dies einfach durch die Verwendung einer ausreichenden Dicke überwunden werden, aber Zahnräder müssen in die Maschine passen, die sie antreiben, und Räder und Achsen können nicht beliebig schwer sein und sich trotzdem bewegen.

Könnten angesichts der Fähigkeit, jede Art von Stein in beliebig präzise, ​​komplexe Formen zu formen, die oben genannten Artefakte zum Funktionieren gebracht werden?

Meine derzeit beste Vermutung ist, dass mittelschwere Dinge wie Töpferscheiben funktionieren können, indem man einfach alle beweglichen Teile dick genug macht, um den relativ leichten Belastungen standzuhalten, die auf sie ausgeübt werden. Kräfte über ein paar hundert Newton muss eine Töpferscheibe meiner Meinung nach nicht aushalten. Aber eine Wassermühle? Mir scheint, dass die Zahnräder, die die Mühle mit der Last verbinden, die sie antreibt, einer enormen Kraft standhalten müssen, so dass, wenn sie aus Stein wären, die Zahnradzähne schnell abbrechen würden; für diese anwendung gibt es keine alternative zu metall, weil man sowohl härte als auch zugfestigkeit braucht.

Ist diese Schätzung korrekt oder übersehe ich etwas? Gibt es eine einfache Möglichkeit, quantitative Schätzungen dafür durchzuführen?

Ja, wenn sie es geschafft haben, Maschinen mit komplexen Zahnrädern aus Holz herzustellen, können sie das auch mit Stein machen ... Und Stein ist wahrscheinlich einfacher zu formen als Holz, sehen Sie sich nur den Unterschied zwischen Holzstatuen und Marmor- oder Steinstatuen an ... Holz erfordert viel mehr Geschick und fortgeschrittenere Werkzeuge.
@ user85880 Richtig, Sie stimmen also meiner Intuition zu, dass einige Arten komplexer Maschinen funktionieren können, wenn sie aus Stein bestehen. Aber was ist die Obergrenze dafür, welche Art von Kräften bewältigt werden können, bevor die Scherfestigkeit zu einem Problem wird? Hört es kurz vor so etwas wie einer Wassermühle auf?
"In unserer Welt mussten diese warten, bis sie aus Metall hergestellt werden konnten": Nein, das taten sie nicht. Sie waren aus Holz. „Spinnräder, Schubkarren, Töpferräder und Wassermühlen“ aus Metall findet man erst im 19. Jahrhundert; und auch heute noch sind Schubkarren oft aus Holz und Töpferscheiben sehr oft. Holz ist für diese Art von Anwendungen viel besser geeignet als Stein, da es sowohl leichter als auch spannungsfester ist. (Außerdem ist es viel einfacher zu bearbeiten und zu formen.)
Holz für Systeme mit hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit und Lederriemen auf Riemenscheiben für Anwendungen mit niedrigem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit. Metall wird nur benötigt, wenn Sie etwas mit extrem hoher Genauigkeit herstellen möchten, wie z. B. einen Chronometer, oder wenn Sie sowohl eine hohe Geschwindigkeit als auch ein hohes Drehmoment benötigen. Eine Drehmaschine für die Metallbearbeitung zum Beispiel.
Beachten Sie, dass man fast nie Zahnräder verwenden muss !! Getriebe bieten nur eine einfache und kompakte Möglichkeit, die Drehzahl und das Drehmoment Ihres Antriebssystems zu ändern. Eine Wassermühle zum Beispiel kann ganz ohne Zahnräder gebaut werden , indem man einfach das Wasserrad auf eine ziemlich absurde Größe skaliert.
Aus Holz können sehr genaue Gegenstände hergestellt werden. Früher wurden Rechenschieber aus Holz hergestellt, und die besser gemachten sind genauer als die aus Metall, weil Metall seine Größe mit der Temperatur ändert.
@PcMan außer der Tatsache, dass sich der Mühlstein senkrecht zum Wasserrad dreht.
@AlexP: Auch Holz hat eine sehr hohe Bruchfestigkeit, während Steinschlag und Bruch bricht, wenn die Kraft darauf zu groß ist.
@john nicht immer. Ich habe sowohl eine niederländische als auch eine chinesische Wassermühle gesehen, die einen vertikal rollenden Steinbrecherkopf direkt antreibt, der sich auf einem Drehteller befindet. Sie könnten die Augen zusammenkneifen und das ein zahnloses Zahnrad nennen, aber Sie müssten sehr stark die Augen zusammenkneifen.
Übrigens - können sie mit ihrer Magie auch Steine ​​reinigen? Einen perfekten Quarzkristall herstellen oder so? Es könnte dort einige Möglichkeiten geben, wenn Sie anfangen können, mit reinen, perfekten Kristallen anstelle von normalen Steinen zu arbeiten.
@PcMan sowieso können Sie mit Riemenscheiben und Riemen 90 ° -Drehungen ausführen, und Räder sind im Vergleich zu Zahnrädern trivial
Kann die Magie verwendet werden, um einen vorhandenen Steingegenstand zu reparieren, oder nur bei der Ersterstellung? Und wie häufig sind diejenigen, die die Magie wirken können? Ist es ein Talent, das jeder hat, oder nur seltene Spezialisten?
@PcMan Auch einige europäische Wassermühlen hatten horizontale Räder, die horizontale Steine ​​​​direkt antrieben. Obwohl diese eher klein waren - undiscoveredscotland.co.uk/lewis/norsemill/index.html
Ist die Steinmagie gut genug faserverstärkte Teile?
In Flintstones arbeiteten Steinräder IIRC. Also muss es auf jeden Fall gut funktionieren!
Generell ist Stein für Zahnräder zu spröde. Wenn Sie in eine Notsituation geraten, in der die Zahnräder zusammenschlagen, werden Ihnen sehr schnell Zähne fehlen oder schlimmer noch. Holzzahnräder können das besser verarbeiten, weil Holz flexibel ist. Außerdem hatten "Zahnräder" aus Holz im Allgemeinen Stifte anstelle von Zähnen, sodass die Stifte leicht austauschbar wären, wenn sie kaputt wären. Der Versuch, Stein für Stifte zu verwenden, ist schlecht, da die bloße Belastung den Stift bei normalem Gebrauch wahrscheinlich einfach zerbrechen würde. Stein wird beim Formen oft gebrochen, was bei Holz nicht der Fall ist.
@computercarguy Holzstifte für Ohren bedeuteten, dass alle Zähne im Zahnrad die Maserung des Holzes so ausführen konnten, dass sie für die darauf wirkenden Kräfte am besten geeignet war. In der Lage zu sein, gebrochene Zähne am Zahnrad zu ersetzen, ist großartig, sie stark genug zu haben, dass ein Austausch nicht so oft erforderlich ist, ist besser.

Antworten (8)

Tatsächlich war in der Geschichte alles, was Sie erwähnen, aus Holz, insbesondere alle großen Räder wie die Maschinen von Wassermühlen oder Windmühlen. Töpferscheiben waren ebenfalls komplett aus Holz. Das einzige Metall, das Sie in einem historischen Wasserrad finden können, könnten Nägel sein, die helfen, es zusammenzuhalten ... aber selbst diese können durch richtige Holzstifte ersetzt werden.

Tatsächlich möchten Sie keine großen Räder aus Stein. Sie wären viel schwieriger zu drehen (da sie viel, viel schwerer sind) und würden daher viel mehr Energie erfordern. Außerdem würde es ein massives Problem geben, diese riesigen Platten zu beschaffen und zu transportieren, aus denen Sie Räder herstellen möchten - Wasserräder hatten einen Durchmesser von 8-10 m! Diese wurden aus Holzrahmen hergestellt ... stellen Sie sich das aus Stein vor - ich bezweifle, dass Sie ein Material für die Achse finden (da das Rad an einer zentralen Achse hängen muss). Traditionell wurden Achsen aus Holz hergestellt.

Ich bin mir nicht sicher (ich bin kein Materialingenieur), aber ich glaube, dass Holz in solchen Anwendungen tatsächlich widerstandsfähiger ist als Stein. Schließlich wurden Dachkonstruktionen auch bei Steinbauten komplett aus Holz gefertigt (erinnern Sie sich an das Eichendach von Notre Dame in Paris, das 2019 abbrannte?)

Windmühle Maschinen Beispiel: https://www.alamy.de/die-niederlande-interner-mechanismus-einer-traditionellen-windmuhle-nahaufnahme-image216205468.html

Holz ist besser für Zahnräder, weil es stark gegen Scherkräfte ist, es wurde aus dem gleichen Grund für Dachrahmen verwendet. Holz wurde für die Dacheindeckung verwendet, weil es billig war, Stein funktionierte besser, war aber teurer.
Sie würden Stein finden, der zB in Getreidemühlen verwendet wird, aber nur als letztes Teil, das tatsächlich das Mahlen durchführt. (Also "steingemahlenes" Mehl.) Der Rest wäre wahrscheinlich aus Holz.
Am Ende Ihres zweiten Absatzes fehlt eine schließende Klammer.
Töpferräder verwendeten keine Zahnräder, aber sie drehten sich im Allgemeinen auf einer Metallspitze und einem Sockel. Eine Töpferscheibe ganz aus Holz zu machen, wäre ziemlich brandgefährlich. Größere langsam drehende Dinge wie Wasserräder wurden jedoch oft vollständig aus Holz gefertigt. Wenn Sie etwas Kleineres wie einen Antikythera-Mechanismus machen möchten, wäre Holz viel zu empfindlich.
@Nosajimiki nicht mehr feuergefährlich als die Holzachse eines Wagens, Wasserrads oder einer Drehbank. Vollständig hölzerne Töpferscheiben waren historisch durchaus üblich. Natürlich kann man sie auch einfetten.
Für die eigentlichen Zähne wurde 9 Jahre abgelagertes Apfelholz wegen seiner Härte bevorzugt. (Und schon damals waren Zähne auswechselbar und passten in Kegel in der Radfelge (oder bei Ritzel als Stangen zwischen zwei Felgen - siehe "Laternenritzel")
@Kat Obligatorisches xkcd: xkcd.com/859

Wenn du es magisch formen kannst, dann ja

Nehmen wir zum Beispiel Kalkstein ... es ist eine sehr verbreitete Steinart, die auf der ganzen Welt zu finden ist; Ihr Volk hat also so ziemlich garantierten Zugriff auf große Mengen davon. Trotz seiner normalerweise weichen Beschaffenheit können bestimmte Kalksteine ​​trotz ihres niedrigeren Bruchmoduls sehr ähnliche Zugeigenschaften wie Aluminium haben.

Kalkstein mit hoher Dichte:

  • Elastizitätsmodul (Young's, Tensile): 77 GPa
  • Schermodul: 30 GPa
  • Zugfestigkeit: 100 MPa

Aluminiumlegierung:

  • Elastizitätsmodul (Young's, Tensile): 69 GPa
  • Schermodul: 30 GPa
  • Ultimative Zugfestigkeit: 110 MPa

Ein Teil des Grundes, warum sein Bruchmodul so viel niedriger ist, liegt an den natürlichen Unvollkommenheiten, wie in ( Antwort von David R. ) erklärt, aber wenn Sie Stein auf magische Weise formen können, bedeutet dies, dass Sie diese Unvollkommenheiten daraus formen können viel stärker als Naturstein. Da Kalkstein hauptsächlich aus Kalziumkarbonat besteht, bedeutet dies, dass er, sobald er richtig geformt und komprimiert ist, ungefähr die gleichen Materialeigenschaften wie Schneckenhaus oder homogenisierter synthetischer Marmor hat ... die beide im Vergleich sehr zäh sind.

Mit ein wenig Magie und Experimenten könnten Ihre Leute also wahrscheinlich sogar bescheidenen Kalkstein in brauchbare Zahnräder verwandeln. Ihre Zahnräder müssen möglicherweise etwas sperriger sein als ihre metallischen Gegenstücke, aber für ihr Gewicht sollten sie gut funktionieren.

Ein Grund, warum dies in Ordnung sein wird, ist, dass Metallgetriebe oder Riemenantriebe bis zum späten Industriezeitalter nicht für Dinge wie Getreidemühlen oder Töpferscheiben bevorzugt wurden, aber sie waren für eine Vielzahl anderer altertümlicher Erfindungen erforderlich, bei denen Sie mehr Steifigkeit als Holz benötigten oder Leinen liefern könnte. Anstatt sich also Gedanken darüber zu machen, wie man große Metallzahnräder durch Stein ersetzt, wird Ihre Hauptsorge darin bestehen, die Arten von kleineren Zahnrädern zu ersetzen, die Sie in verschiedenen Zeitmessern, Kilometerzählern, Rechenmaschinen, Ankerwinden und Ratschen, bestimmten Textilmaschinen, bestimmte Wasserhebemaschinen und Automaten. Für die meisten davon brauchen Sie viel mehr steif als stark.

Es wird also nicht üblich sein, etwas so Zähes wie Metall zu benötigen, aber es wird immer noch verfügbar sein, wenn es in Form von Saphir benötigt wird . Saphir hat eine Biegefestigkeit von 350 bis 390 MPa im Vergleich zu Bronze, die zwischen 65 und 700 MPa liegt . Allerdings basieren diese Zahlen auf modernen Bronzelegierungen, nicht auf historischer Bronze, die wahrscheinlich alle im unteren Bereich dieses Spektrums gelegen hätten. Außerdem ist 350 bis 390 nur so gut wie ein natürlicher Saphir. Wenn Sie die Verunreinigungen herausarbeiten können, könnten Sie etwas näher an die synthetische Saphirdose herankommen, die 1090 MPa erreichen kann .

Quellen:

Kalkstein ist eine ganze Familie von Gesteinsarten und sie sind äußerst vielfältig. Einige sind stark und widerstandsfähig ... aber Kreide ist auch eine Art Kalkstein ...
@Archelaos Ich denke, die Sache mit der Fähigkeit, Kalkstein in einen perfekt fehlerfreieren Zustand zu veredeln, macht diese Angelegenheit für die Zwecke dieser Frage zunichte, aber Sie haben Recht. Ich habe meine Sprache aktualisiert, um hoffentlich zu verdeutlichen, dass nicht alle Kalksteine ​​diese Materialspezifikationen erfüllen.
Schermodul und Elastizitätsmodul sind beides Maße für die Steifigkeit, nicht für die Festigkeit, und sind weitgehend irrelevant. Auch die Zugfestigkeit von Aluminium, das in allem verwendet wird, was Belastungen ausgesetzt ist, ist etwa dreimal so hoch wie die von Ihnen angegebene, daher sollten Sie Ihre Zahlen überprüfen. Sie sollten sich den Bruchmodul (auch bekannt als Biegefestigkeit) ansehen, der ~400 für den stärksten Kalkstein, 10.000 für Kiefer, 28.500 PSI für Aluminiumlegierungen und 65.000 für Bronze beträgt. RIESIGER Unterschied. Ihr anderes großes Problem ist Ermüdungsbruch, was ein großes Problem für Stein ist.
@John Nope, natürlicher Kalkstein erreicht einen Bruchmodul von etwa 3000 PSI, aber Schneckenhäuser, die im Grunde nur wirklich reiner und gut geformter Kalkstein sind, können 8000 überschreiten. Dies klingt zwar schlechter als die anderen von Ihnen aufgelisteten Materialien, in denen sich kleine Zahnräder befinden In diesem Fall ist Ihre Grenze der geringere Wert aus Schermodul oder Bruchmodul, da eine Scherverformung dazu führt, dass sie sich verklemmen, selbst wenn sie nicht brechen. Da Kiefer einen Schermodul von nur 900 PSI hat, wird es Probleme geben, wenn es in hochpräzisen Zahnrädern vor Kalkstein verwendet wird. Aus diesem Grund wurde es nur in großen Mühlengetrieben verwendet.
Außerdem waren die meisten der vorindustriellen Erfindungen, die tatsächlich Metallzahnräder verwendeten, ohnehin ziemlich stressfreie Jobs. Wenn Ihre Uhr, Ihr Kilometerzähler oder Ihre Spule mehr als ein paar PSI auf ihren Zahnrädern erfahren, machen Sie etwas sehr falsch.
Schneckenhaus ist ganz anders als natürlicher Kalkstein, Schneckenhäuser sind ein Verbundstoff mit Eiweiß und in den stärkeren metallischen Elementen. Und ich bin neugierig, wo du 3000 psi hast. Wenn Sie sich nur mit kleinen Zahnrädern befassen, warum vergleichen Sie sie mit Kiefer, vergleichen Sie sie mit Bronze, aus der sie hauptsächlich hergestellt wurden. Selbst wenn Sie Recht haben, dass die geringere der beiden Kräfte der Bruchpunkt ist, sind 30 GPA ~ 4.000.000 PSI, sodass die Bruchmodule um mehrere Größenordnungen kleiner sind, sodass der Schermodul Ihrer Meinung nach immer noch irrelevant ist.
Ist Kalkstein nicht ziemlich weich, was ihn für Zahnräder weniger geeignet machen würde, da sie schnell verschleißen würden?
@ Nosajimiki nein, tut es nicht. Kalkstein ist in der Regel extrem weich (was die Bearbeitung so einfach macht) und würde den Verschleiß der resultierenden Zahnräder erheblich erhöhen, was bedeutet, dass sie weitaus häufiger ersetzt werden müssen als bei Verwendung eines robusteren Materials.
Ich finde die Zahlen, die Sie zitiert haben, auch überraschend, aber nehmen wir an, sie stimmen. Aber Sie haben einen Faktor ausgelassen, der meiner Meinung nach für Kalkstein ein großes Problem darstellen würde: die Abriebfestigkeit . Holz-auf-Holz ist in dieser Hinsicht eigentlich ziemlich gut, ebenso Kunststoff-auf-Kunststoff und Spezialkeramiken. Aber selbst harter Kalkstein ist berüchtigt dafür, weiße Spuren auf allem zu hinterlassen, woran man ihn reibt, also würden sich zwei Zahnräder aus Kalkstein sicher schnell zu Pulver zermahlen, wenn sie sich unter einer nicht trivialen Belastung bewegen? –Ich bin mir nicht sicher, wie viel Schmierung dabei helfen würde.
@leftaroundabout Also, da Magie verfügbar ist, hüllen Sie sie einfach in ein Furnier aus etwas Hartem wie Granit oder etwas Weichem wie Speckstein.
@leftaroundabout Ich glaube, das liegt daran, dass es, wie Archelaos betonte, viele Arten von Kalkstein gibt. Einige Arten sind totaler Müll, andere sind sehr hart. Je mehr ich jedoch darüber nachdenke, desto mehr denke ich, dass es wichtiger ist, was die Steinformung zulässt, als die Materialeigenschaften von Kalkstein selbst. Ich habe meine Antwort in diesem Sinne weiter überarbeitet.

Apropos Bildhauerei: Bei der Arbeit mit Stein muss viel darüber nachgedacht werden, wie man die Form erhält, ohne den Stein zu zerbrechen. Viele Steine ​​haben versteckte Risse. Unvollkommenheiten und enthaltene andere Materialien schwächen den Stein unerwartet. Viele Steine ​​haben Maserungen, an denen sie leichter brechen. Wenn Sie sich also alte Skulpturen ansehen, gibt es nur sehr wenige nicht unterstützte Teile. Beine haben andere Dinge wie Baumstämme, kleine Kinder, Faune usw. neben sich, um mehr Halt zu geben. Die Arme werden eng am Körper gehalten, damit sie nicht abbrechen. Bei alten griechischen und römischen Skulpturen wurden die Arme aus separaten Blöcken hergestellt und mit inneren Stäben oder anderen Bändern befestigt. Andere vorstehende männliche Teile wurden ebenfalls aus separaten Blöcken hergestellt und befestigt.

Kurz gesagt, ein Getriebe, bei dem alle Punkte hervorstehen, ist nicht gut für Stein. Die Wahrscheinlichkeit ist sehr groß, dass die Spitzen abbrechen.

Deshalb lieben Bildhauer Carrara-Marmor so sehr. Es hat große Flächen von nahezu einheitlicher Zusammensetzung. Reines Weiß ohne Mängel, die das Formen erschweren.
Trotzdem gibt es in den Carrara-Marmorsteinbrüchen viele abgebrochene Blöcke. Schauen Sie sich einfach die Bilder aus den Steinbrüchen an, um Adern anderer Materialien zu sehen, die vermieden werden müssen usw.

Verwenden Sie Riemen und Riemenscheiben.

Riemenscheibe

https://studentlesson.com/belt-pulley-definition-functions-types-parts-working/

Abgebildet: Riemenscheiben aus Metall. Stein wäre für diese Verwendung in Ordnung. Eine Riemenscheibe aus Stein würde nur Druckkräfte vom Riemen erfahren. Es ist einfach, kaputte Riemen zu ersetzen. Es ist einfach, die Klebrigkeit der Steinscheibe mit dem Riemen durch Riemenzurichtungen zu erhöhen.

Aber: Einen riemenscheibengetriebenen Mühlstein konnte ich nicht finden! Entweder haben Zahnräder einen ernsthaften Vorteil oder Nachteile bei Riemenscheiben und Riemen, oder mein Google-Fu lässt mich im Stich.

Mit Zahnrädern können Sie das Drehmoment höher fahren, bevor es zu rutschen beginnt. Das kann beim Mühlenbau von Vorteil sein, wo der Mahlstein viel Kraft aufbringen soll, um möglichst viel Getreide auf einmal zu mahlen.
Das Riemenscheibenrad erfährt immer noch Spannung und Scherkraft. Je schwerer Ihre Räder sind, desto weniger effizient werden riemengetriebene Riemenscheiben. Sie werden keine riemengetriebene Mühle finden, da Riemen kein hohes Drehmoment liefern können, da sie nur eine Leistung bis zur Haftreibung liefern können, normalerweise weit weniger.
@Robyn In einer traditionellen Mühle berühren sich die Mühlsteine ​​nicht wirklich; Der Abstand zwischen ihnen steuert die Feinheit des Mehls. Das auf die Steine ​​ausgeübte Drehmoment ist nur einer von mehreren begrenzenden Faktoren. (Wenn sie große Holzstücke berühren, fangen sie an zu brechen).
Selbst wenn Riemenscheiben geringeren Zugkräften ausgesetzt sind als Zahnräder, wäre die Achse, auf der die Riemenscheibe montiert ist, immer noch allen Arten von Scherbrüchen ausgesetzt und müsste aus einem geeigneteren Material hergestellt werden. Und an diesem Punkt könnten Sie auch die Riemenscheibe selbst aus diesem Material herstellen.
Sie haben wahrscheinlich Schwierigkeiten, historische Beispiele zu finden, weil das Wort, nach dem Sie suchen, "Riemenantrieb" ist. Sie wurden im alten Babylon, Assyrien und China für verschiedene Dinge verwendet. Sie sind auch in einigen von Leonardo da Vincis Zeichnungen zu sehen; die Europäer kannten sie also ... sie waren einfach nicht der Mechanismus der Wahl. Das große Problem, auf das Sie stoßen werden, ist das Dehnen. Antriebsriemen enthalten normalerweise Ketten oder Drähte, um zu verhindern, dass sie sich dehnen und die Reibung mit den Rädern verlieren. Also könnte das kein Metall hier ein Problem sein.
Wir haben das Mill City Museum hier in Minneapolis, und es ist wahnsinnig, wie viele Riemen sie an diesem Ort hatten, um alles anzutreiben. Ein Wasserrad (das älteste aus Holz) trieb Hunderte von Riemen an, die alles in der Anlage antrieben. Dann hatte jede andere Pflanze ein anderes Rad.

Die Verwendung von Zahnrädern aus Stein wäre problematisch.

Das erste Problem ist Verschleiß. Der Stein würde sich leicht abnutzen. Das zweite Problem ist, dass Stein stark unter Druck, aber schwach in Spannung und Biegung ist. Zahnradzähne erfahren eine Menge Biegespannungen. Die Verzahnung wird höchstwahrscheinlich sehr leicht und sehr früh ausfallen.

Einige Steine ​​wie Granit (oder mehr oder weniger reiner Quarz) sind sehr hart, was den Verschleiß erheblich reduzieren sollte.

Neben der statischen Schwäche von Steinen unter Spannung haben Sie auch das Problem der Rissausbreitung . Wiederholte Stöße führen dazu, dass sich Risse entwickeln und mit der Zeit wachsen.

Zugfestigkeiten:

  • Kieselsäure: 4.000 MPa bis 7.000 MPa

  • Polyethylen hoher Dichte: ~30 MPa

  • PA-11-Nylon: ~50 MPa

  • PA-6 Nylon (Faser): ~600 MPa

  • Aluminiumlegierung 2014-T6: ~450 MPa

  • Edelstahl SAE 304: ~600 MPa

  • Ti-6Al-4V Titanlegierung: ~900 MPa

Normalerweise können wir Glas selten so stark machen, weil kleine Risse und Unebenheiten darin unter Belastung wachsen, bis es entweder reißt oder zerbricht. Eine atomperfekt perfekte Fensterscheibe ist im Grunde unzerstörbar gegenüber Massenkräften, bis sie zerkratzt wird, und erst dann wird sie so zerbrechlich wie Glas normalerweise ist.

Aber "angesichts der Fähigkeit, jede Art von Stein in beliebig präzise, ​​komplexe Formen zu bringen"? Sand besteht nur aus vielen kleinen Gesteinsstücken, und die meisten davon sind Kieselerde. Sie könnten ein gepacktes baumwollähnliches Material aus superfeinen Glasfasern oder eine einzelne feste Platte oder ein Gitter ähnlich einem Metallschaum herstellen , und dann könnten Sie es mit etwas Weichem wie Speckstein füllen und mit etwas Hartem wie Granit bedecken verhindern, dass es jemals zerkratzt wird.

Vergessen Sie die Herstellung von Zahnrädern: Sie könnten den Strand in eine einzige massive Fiberglas- Arcology verwandeln, die sich bis zum Rand des Himmels erstreckt.

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Größere Größen: https://i.stack.imgur.com/zIumZ.png , https://i.stack.imgur.com/yTUT5.jpg

Bildquelle: https://www.artstation.com/artwork/g2QNG

Dies könnte von weiterem Interesse sein, wenn es um die Herstellung von Materialien geht – in diesem Fall Beton statt Glasfaser: „Es ist seit einiger Zeit bekannt, dass der vulkanische Sand, der in römischem Beton und Mörtel verwendet wurde, ihre Gebäude so langlebig machte. Jetzt eine neue Studie von Eine Gruppe von Ingenieuren und Technikforschern hat das genaue Rezept entdeckt, das den römischen Beton viel länger haltbar gemacht hat als den heute verwendeten Beton. siehe Ancient-Origins.net/news-history-archaeology/…

Wären sie aus Stein, würden die Zahnradzähne schnell abbrechen

Die ständige Reibung würde die Zähne abschleifen, bis sie zu klein sind, um in die Zahnräder zu passen.

Überrascht, dass jemand dafür gestimmt hat, dachte ich, dass Probleme der Antwort selbstverständlich sind, aber scheint nicht der Fall zu sein. Metalle haben auch Reibung und Verschleiß – und um das zu lösen, verwenden wir Fett und die gleichen Lösungen sind auch auf Stein anwendbar. Also muss jemand wirklich etwas über Zahnräder lesen und warum sie spezielle Zahnprofile haben (für Rollbewegungen von Kontaktflächen, Idealfälle, in denen sie nicht aneinander gleiten) usw. usw. Es ist so eine Nicht-Antwort. Nicht zu sagen, dass Stein keine Probleme hat, aber op handwavium ist zu stark für sie, um ein großes Hindernis zu sein.
@MolbOrg Das Hauptproblem bei Metallzahnrädern ist Wärme und die durch Wärme verursachte Ausdehnung . Und wenn Sie mir nicht glauben, was das Reibungsschleifen von Stein angeht, schauen Sie sich nur die Zähne in den Skeletten der frühen Ackerbauern an; Sie sind alle durch die Körnung im steingemahlenen Weizen zermahlen.
Würden Zahnräder aus Stein funktionieren?
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