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Schlaue Materialien mit Selbstheilungseffekt – ECEMP auf der Hannover Messe

04.03.2013
Mit einem ausgeklügelten System aus Nervenreizen und Heilungsprozessen können Lebewesen auf äußere Störungen reagieren und Verletzungen reparieren.

Ein Prozess, den die Wissenschaftler im ECEMP-Teilprojekt SmaComp, unter Leitung von Prof. Werner Hufenbach, Direktor des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik, nachahmen. Sie entwickeln Smart Composites, Kompositwerkstoffe wie faserverstärkte Kunststoffe, in die sie Sensor- und Aktorelemente integrieren. Die Werkstoffe können so Schäden im Werkstoff selbst erkennen, den Ort der Störung anzeigen und sogar auf solche Veränderungen reagieren. Die Wissenschaftler stellen ihr Projekt vom 08. bis zum 12. April 2013 auf der Hannover Messe, Halle 2, Stand A32 vor.

Je nach Anwendungsfall kommen unterschiedliche Sensoren zum Einsatz. Sogenannte Dehnungsmess-Streifen (DMS) beispielsweise enthalten Drähte aus einem leitfähigen Material, die das Werkstück durchziehen. Sollte im Bauteil eine Verformung oder ein Riss auftreten, werden die Drähte gedehnt. Dadurch ändert sich der elektrische Widerstand der Drähte, und zeigt so den Ort der Störung an. Bei elektrisch leitenden Materialien, wie zum Beispiel Kohlenstofffaser verstärkte Kunststoffe, lassen sich Veränderungen auch über die sogenannte magnetisch induktive Impedanz (MII) aufspüren. Das Verfahren beruht darauf, dass auf das Bauteil ein Magnetfeld wirkt und gleichzeitig die elektrische Antwort des Materials gemessen wird. Treten Störungen im Material auf, ändert sich auch die elektrische Antwort des Werkstoffes.

Kombinieren die Wissenschaftler die Sensoren mit geeigneten Aktoren, kann das Bauteil zusätzlich auf die aktuelle Situation reagieren. Beispielsweise wenn Schwingungen gedämpft werden sollen. Jede Maschine, jeder Motor, überall dort, wo sich etwas bewegt, treten Schwingungen auf. Die Vibrationen führen zu zusätzlichen Belastungen der Bauteile und gehen zudem häufig mit einer erheblichen Lärmbelastung einher. Integrieren die Forscher zu den Sensoren entsprechende Aktoren in den Werkstoff, detektieren die Sensoren Art und Stärke der Schwingung. Daraufhin senden die Aktoren ein Signal aus, das den Schwingungen gezielt entgegenwirkt.

Zudem untersuchen die Wissenschaftler des ECEMP-Teilprojektes SmaComp die Möglichkeit, Funktionsweisen aus der Natur zu übernehmen, und so zu ganz neuen Sensor/Aktor-Systemen zu gelangen. Papayapflanzen beispielsweise besitzen die Eigenschaft, sich ohne aktives Wachstum, durch Aufstellen und Absenken ihrer Zweige, jeder veränderten Lage anzupassen. Grund hierfür sind Zellen an den Unterseiten der Zweige, die bei Bedarf quellen oder schrumpfen, wobei sich die Zweige aufrichten beziehungsweise wieder absinken. In der Praxis könnten die Forscher den Effekt imitieren, indem sie mit Hilfe von Hydrogelen Materialien unter pH-Wert-Einfluss quellen oder schrumpfen lassen.

Das größte Anwendungspotential der Smart Composites liegt in Bereichen, in denen die Sicherheit besonders im Vordergrund steht oder Wartungen sehr aufwendig sind, wie zum Beispiel bei Flugzeugen oder Windkraftanlagen. Geben Bauteile Auskunft über ihr Befinden, kann der vorsorgliche Austausch von Bauteilen entfallen und Wartungen besser geplant werden.

ECEMP – Vom Atom zum komplexen Bauteil

Die Wissenschaftler im Spitzentechnologiecluster„ECEMP – European Centre for Emerging Materials and Processes Dresden“ entwickeln ressourcenschonende Werkstoffe, Technologien und Prozesse für die drei Zukunftsfelder Energietechnik, Umwelttechnik und Leichtbau. Dabei bündeln sie die Kompetenzen in allen Materialklassen (Metalle, Kunststoffe, Naturstoffe und Keramik) und der gesamten Wertschöpfungskette (Materialdesign (CMS), Entwicklung, Herstellung, Verarbeitung und Anwendung von Bauteilen). Das ECEMP umfasst 14 Teilprojekte, an denen 40 Professuren aus 23 Instituten der TU Dresden, der TU Freiberg, der HTW Dresden und der Wissenschaftsorganisationen HG, FhG, MPG und LG beteiligt sind. Das ECEMP wird finanziert aus Mitteln der Europäischen Union und des Freistaates Sachsen (EFRE – Europäischer Fonds für regionale Entwicklung).
http://ecemp.tu-dresden.de

ECEMP-Sprecher:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. Werner A. Hufenbach
TU Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
ilk@ilk.mw.tu-dresden.de
Tel.: +49 (0)351 463 38142
Fax: +49 (0)351 463 38143

Informationen für Journalisten:
Dr. Silke Ottow
TU Dresden
ECEMP
silke.ottow@ecemp.tu-dresden.de
Tel.: +49 (0)351 463 38447
Fax: +49 (0)351 463 38449

Kim-Astrid Magister | Technische Universität Dresden
Weitere Informationen:
http://ecemp.tu-dresden.de

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