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 Fraunhofer IFAM erweitert den Forschungsbereich »Beschichtungen für Bewuchs- und Korrosionsschutz«
11.01.2017 | Fraunhofer IFAM

nachricht Schrauben mit Köpfchen
10.01.2017 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

17.01.2017 | Physik Astronomie

Wasser - der heimliche Treiber des Kohlenstoffkreislaufs?

17.01.2017 | Geowissenschaften

Kieselalge in der Antarktis liest je nach Umweltbedingungen verschiedene Varianten seiner Gene ab

17.01.2017 | Biowissenschaften Chemie