Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn die Elektrik unter den zündenden Funken leidet

22.10.2009
Elektrische Schaltungen leiden darunter, dass bei jedem Ein- und Ausschalten ein kleiner, aber extrem heißer Funke überspringt - ähnlich wie der Blitz bei einem Gewitter.

Was diese winzigen Funken im Inneren des Kontaktes anrichten, wusste man lange Zeit nicht genau, denn ihre enorme Energie entlädt sich auf wenigen tausendstel Millimetern. Erst die so genannte "Nano-Tomographie" ermöglicht einen extrem präzisen Einblick in das Innere von Werkstoffen.

Für seine Forschungen auf diesem Gebiet hat Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes, jetzt den Morton Antler Award erhalten.

Diese wissenschaftliche Auszeichnung wurde ihm nach seinem Festvortrag - der "Morton Antler Memorial Lecture" - auf der weltweit führenden Konferenz für elektrische Kontakte, der IEEE Holm Conference on Electrical Contacts in Vancouver, verliehen. Erstmals ging diese Auszeichnung an einen deutschen Forscher.

Elektrische Schaltsysteme, die heute in jedem Gebäude, jedem Haushaltsgerät und jedem Auto zu finden sind, leiden nicht nur unter dem mehrere tausend Grad heißen, blitzartigen Funkenschlag beim Ein- und Ausschalten. Auch Korrosion, mechanischer Verschleiß und Temperaturschwankungen schaden ihnen. Viele Geräteausfälle haben mit diesen Problemen an den elektrischen Kontakten zu tun. Diese Störanfälligkeit bekommen auch die Autohersteller zu spüren, die bereits heute mehrere tausend kleinster Schalt- und Steckkontakte in jedes Fahrzeug montieren. In künftigen Elektromobilen werden die Unternehmen sogar noch sehr viel höhere elektrische Ströme und Spannungen handhaben müssen.

In einem Forschungsprojekt mit Bosch, Siemens, der deutschen Edelmetallindustrie und weiteren Instituten untersuchten Professor Mücklich und sein Team mit Hilfe der Nano-Tomographie erstmals, wie die Schädigung elektrischer Schaltkontakte genau vonstatten geht. Man wollte verstehen, wie der beim Ein- und Ausschalten auftreffende Energieschock auf einen wenige tausendstel Millimeter kleinen Krater des Kontaktwerkstoffes einwirkt. Die Saarbrücker Wissenschaftler konnten zeigen, wie dieser Mikroblitz in Nanodimensionen das Innenleben des so genannten "Kontaktwerkstoffs" verändert und - je nach Belastung - schließlich die Lebensdauer des Bauelementes beendet. Mit diesen Erkenntnissen sollen nun neue Materialien entwickelt werden, denen die kurzzeitige extreme Hitze des Funkens von bis zu 6000 Grad Celsius nichts ausmacht. "Mit robusteren Materialien und einem maßgeschneiderten Innenleben der Werkstoffe wird man die Haltbarkeit von elektrischen Schaltsystemen wesentlich erhöhen können und möglicherweise auch mit weniger kostbaren Edelmetallen auskommen als heute", erläutert Frank Mücklich das Forschungsziel.

Die Nano-Tomographie funktioniert ähnlich wie die Computer-Tomographie in der medizinischen Untersuchung: Im Unterschied dazu wird der Körper aber nicht scheibchenweise durchleuchtet, sondern durch einen sehr präzisen Ionenstrahl systematisch in Scheiben von wenigen Nanometern Dicke zerlegt. Die dabei erfassten Bildserien werden anschließend im Computer wieder zum exakten räumlichen Abbild zusammengefügt. Durch die extrem hohe Auflösung der Nano-Tomographie und der unterschiedlichen Kontrastverfahren können die Materialforscher damit nicht nur chemisch analysieren, welche Atome wo enthalten sind, sondern sie können auch veranschaulichen, welche Gitterstruktur und Orientierung die Kristalle des Materials haben und welche Nanostrukturen daraus geformt wurden. Und sie können aus dem 3D-Bild an jeder Stelle die Folgen kleinster Materialveränderungen für die entscheidenden Eigenschaften berechnen - die Leitfähigkeit für Strom und Wärme beim Auftreffen des unvermeid-lichen Mikroblitzes.

Fragen beantwortet:

Prof. Dr. Frank Mücklich
muecke@matsci.uni-sb.de
Tel. 0681/302-70500

Friederike Meyer zu Tittingdorf | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-sb.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Körperenergie als Stromquelle
22.08.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht „Cool“ bleiben im Büro: Wasser als Kältemittel im Alltag bald vor Durchbruch?
22.08.2017 | Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Zukunft des Leichtbaus: Mehr als nur Material einsparen

23.08.2017 | Veranstaltungen

Logistikmanagement-Konferenz 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Spot auf die Maschinerie des Lebens

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Sonne: Motor des Erdklimas

23.08.2017 | Physik Astronomie

Entfesselte Magnetkraft

23.08.2017 | Physik Astronomie