Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Smarte Schichten

26.03.2002


Innovative Werkzeuge wissen, worauf es ankommt: Sie messen die Spannkraft einer Verbindung.
© Fraunhofer IST


Werkzeug mit integrierter Haltekraftanzeige.

© Fraunhofer IST


Innovative Schichten machen Maschinen und Werkzeuge nicht nur verschleißfester, sondern auch smart. Auf der Hannover Messe (15. - 20. April) stellen Fraunhofer-Forscher unter anderem eine »intelligente« Unterlegscheibe vor. Damit kann man jederzeit kontrollieren, ob Schrauben richtig angezogen sind.

Wer schon einmal aus Versehen ein heißes Backblech angefasst hat oder einer Kerzenflamme zu nah gekommen ist, kennt den Reflex genau. In Bruchteilen einer Sekunde zieht man die Hand zurück und verhindert damit schwere Verbrennungen. »Maschinen verfügen bisher nicht über solche Möglichkeiten. Treten während des Betriebs zum Beispiel extrem hohe Temperaturen auf, reagiert die Maschine nicht, sondern läuft weiter«, sagt Holger Lüthje vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST. Die Folge können schwere Maschinenschäden sein. Um dies verhindern, werden Werkzeuge meist frühzeitig ausgewechselt. Das verursacht aber Maschinenstillstandzeiten und zusätzliche Kosten. Damit Werkzeuge wirklich erst dann ausgetauscht werden, wenn sie verschlissen sind, haben IST-Forscher smarte Schichten entwickelt. Sie enthalten Sensoren, die vor Verschleiß oder hohen Temperaturen warnen.

Beispiel: Zerspanwerkzeug mit sensorintegrierten Verschleißschutzschichten. Beim Zerspanen wirken auf die Arbeitsschneide extreme mechanische und thermische Belastungen ein. Die Schneide nutzt ab und fehlerhafte Teile mit unsauberen Schnittkanten laufen vom Band. Bei »intelligenten« Werkzeugen erfasst die integrierte Mikrosensorik kontinuierlich den Verschleiß und die Temperatur und meldet sie an die Maschinensteuerung weiter. Übersteigt zum Beispiel die Temperatur einen kritischen Wert, kann die Maschine reagieren und etwa die Schnittgeschwindigkeit senken. Das »intelligente« Werkzeug ist eine gemeinsame Entwicklung der Fraunhofer-Institute für Produktionstechnologie IPT, Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM und dem Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre der RWTH Aachen und des IST sowie mehrerer Firmen.

Um das »intelligente« Zerspanwerkzeug herzustellen, haben die Forscher mit Dünnschichttechniken auf handelsübliche Wendeschneidplatten Temperatur- und Verschleißsensoren appliziert. Die nur 100-500 nm dicke Sesnorschicht ist in zwei Isolatoren-Schichten eingebettet. Alle Ebenen bestehen aus verschleißfesten Hartstoff. Den Abschluß bildet eine Verschleißschutzschicht. Eine Signalverarbeitungs- und Übertragungsschaltung steuert die Sensoren an und leitet die Signale telemetrisch an die Maschinensteuerung weiter. »Auf diese Weise lassen sich neuartige diagnostische Werkzeuge schaffen, die den aktuellen Zustand in den Hauptbelastungszonen erfassen und online reagieren können«, beschreibt der Holger Lüthje, Leiter der Gruppe »Mikro- und Sensortechnologie«, die Einsatzmöglichkeiten.

Aber nicht nur in der Produktion, sondern auch im Alltag helfen smarte Schichten, Schäden und Unfälle zu vermeiden. So zeigt zum Beispiel eine »intelligente« Unterlegscheibe lose Schraubverbindungen an. Dazu wird die Unterlegscheibe einfach mit einer neuartigen drucksensitiven Schicht überzogen, die auf diamantartigem Kohlenstoff basiert und kleinste Nanopartikel enthält. Über eine einfache Widerstandsmessung wird dann online die Spannkraft überwacht. Löst sich die Schraube, ändert sich der Widerstand. »So können sicherheitsrelevante Schraubverbindungen kostengünstig und zuverläsig überwacht werden«, sagt Lüthje. Auch die Montage macht die »intelligenten« Unterlegscheiben sicherer: Mit ihr wird die tatsächliche Schraubkraft ermittelt und nicht die Gleiteigenschaft des Gewindes.

»Die potenzielle Anwendungsbreite dieser neuen Schicht ist jedoch wesentlich größer», betont Lütjje. So läßt sich die aktuelle Belastung von Gleit- und Wälzlager messen. Bei Montageautomaten kann die Greifkraft kontinuierlich erfasst und eingestellt werden. Auch futurische Anwendungen sind möglich: So können etwa die Fußsohlen und Hände von Robotern mit Schichten versehen werden, die dann zum Beispiel messen, ob der Fuß auf einem spitzen Stein steht oder auf einer geraden Fläche.

Auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand »Oberflächen: Innovation durch Funktion« in Halle 27, Stand B14, zeigen die Forscher erste Demonstratoren der »intelligenten« Unterlegscheibe und des »intelligenten« Werkzeugs. Weitere neue Entwicklungen aus der Oberflächentechnik stellen die Fraunhofer-Institute für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut WKI , Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, Silicatforschung ISC und Solare Energietechnik ISE aus.

Holger Lüthje | Presseinformation

Weitere Berichte zu: Schicht Temperatur Werkzeug

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon
21.02.2018 | Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.

nachricht Wie verbessert man die Nahtqualität lasergeschweißter Textilien?
20.02.2018 | Hohenstein Institute

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert

21.02.2018 | Messenachrichten

Mit grüner Chemie gegen Malaria

21.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Periimplantitis: BMBF fördert zahnärztliches Verbund-Projekt mit 1,1 Millionen Euro

21.02.2018 | Förderungen Preise

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics