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16. Mai 2003
Sensible Faserverbundwerkstoffe
(he) Piezoelektrik macht's möglich: Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff können künftig Warnsignale abgeben, bevor sie zu Bruch gehen. Die Technik wird in Zukunft z.B. den Betreibern von Windparks helfen, ihre Turbinen im richtigen Moment herunterzufahren.
Die neuen, in den Werkstoff integrierten Keramiksensoren waren jetzt auf der "Sensor 2003" in Nürnberg zu sehen. Auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft durften Besucher auf den Putz hauen: Eine Platte aus faserverstärktem Kunststoff registrierte punktgenau jeden Stoß und leitete die Information an einen Rechner weiter, der die gemessenen Belastungen in ein Bild umsetzt. "Wir konnten hier zeigen, dass sich mit integrierten Piezofaser-Sensoren online Belastungen messen lassen", so Dieter Sporn, Chemiker am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg. Herzstück der druck- und zugempfindlichen Platte sind feine Fasern aus Piezokeramik. Sie verwandeln mechanische Belastung in elektrische Signale. Das Prinzip ist alt, neu ist die Dimension. Der Durchmesser der Keramikfasern beträgt nur Bruchteile eines Millimeters. Die Piezosenoren sind flexibel und lassen sich daher in faserverstärkte Kunststoffe integrieren. Um mechanische Belastungen in allen drei Dimensionen erfassen zu können, verwenden die Fraunhofer-Forscher zwei in die Platte eingelassene und im 90-Grad-Winkel angeordnete Fasersensoren und einen dritten Piezosensor, der auf die Oberfläche montiert wird. Die neue Technologie bietet die Möglichkeit, Windturbinen sicherer und langlebiger zu machen. Die piezokeramischen Sensoren registrieren Druck-, Zug und Scherkräfte, bei Überlastung kann die Anlage heruntergefahren werden, bevor sich Risse bilden und das Material bricht. Windkraftanlagen sind aber nur eine von vielen denkbaren Anwendungen: Die Flugzeugindustrie hat bereits Interesse bekundet. Hier können die Sensoren helfen, Leitwerke aus faserverstärkten Kunststoffen sicherer zu machen. Interessant sind die hauchdünnen Piezokeramiken übrigens auch für die Automobilindustrie: Eingebaut in Stoßstangen können sie Berührungen registrieren und damit als Aufprallsensoren eingesetzt werden. Grundsätzlich eignet sich die neue Sensortechnik zur permanenten Überwachung aller hoch beanspruchten Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen. Ein interdisziplinäres Forscher-Team arbeitet an innovativen Sensor-Konzepten, mit denen sich die Lebenszeit von Bauteilen verlängern und Unfälle verhindern lassen.
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