Cleverer Kunststoff
Neuer Werkstoff überwacht sich selbst
In Zukunft könnten Sensoren an stark beanspruchten Kunststoff-Bauteilen wie zum Beispiel Flugzeugflügeln oder Windrädern überflüssig werden: Ein neues Verbundmaterial mit eingebauter Sensorfunktion hat das Potenzial, ihre Aufgabe zu übernehmen. Es besteht aus Kunststoff und Metall.
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Windräder müssen ein Gewicht von mehreren Tonnen aushalten, wenn ein Sturm weht. Ihre Blattspitzen drehen sich dann mit über 200 Kilometern pro Stunde. Auch Flugzeugflügel und Maschinenteile müssen großen Lasten standhalten. Ob die Bauteile dabei übermäßig belastet werden, wird bisher mit Sensoren gemessen, die aufwändig in das Bauteil eingearbeitet oder auf seine Oberfläche geklebt werden. Die Zug- und Druckbelastungen können dabei in der Regel aber nur in einem kleinen Bereich registriert werden. Sollen in einem Bauteil größere Areale erfasst werden, werden mehrere Einzelsensoren zu einem Netzwerk verknüpft.
Der neue Verbundwerkstoff vereinfacht solche Messungen jetzt deutlich. Das Material aus Metall und Kunststoff wird direkt bei der Herstellung in das Bauteil integriert und kann mit Hilfe herkömmlicher Werkzeuge aus der Kunststoffherstellung, wie etwa einer Spritzgießmaschine, verarbeitet werden. Seine sensorischen Eigenschaften verdankt es dem hohen Metallanteil von bis zu 90 Gewichtsprozent: Treten während des Betriebs Belastungen im Bauteil auf, sorgt das Metall dafür, dass sich der elektrische Widerstand des Kompositwerkstoffs ändert. Diese Signale können über Kabel am Bauteil abgeführt und analysiert werden.
Da für das Verbundmaterial verschiedenste Kunststoffe verwendet werden können, kann für jeden Anwendungszweck das passende Material maßgeschneidert werden. "Unser Polymer-Metall-Kompositmaterial lässt sich zu einer Fülle von Bauteilen verarbeiten, zu besonders festen und hitzeresistenten oder aber auch weich-flexiblen Werkstücken", sagt Arne Haberkorn vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung. Die Forscher suchen nun nach potenziellen Partnern aus der Industrie.
Arne Haberkorn (Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, IFAM) et al.: IFAM
dapd/wissenschaft.de – Meike Simann
