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 CAU-Forschungsteam entwickelt neues Verbundmaterial aus Kohlenstoffnanoröhren
22.11.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Material mit vielversprechenden Eigenschaften
22.11.2017 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Seminar „Leichtbau im Automobil- und Maschinenbau“ im Haus der Technik Berlin am 16. - 17. Januar 2018

23.11.2017 | Seminare Workshops

Biohausbau-Unternehmen Baufritz erhält von „ Capital“ die Auszeichnung „Beste Ausbilder Deutschlands“

23.11.2017 | Unternehmensmeldung