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26. Juni 2003
Fest oder flüssig auf Befehl
(he) Smarte
Flüssigkeiten haben eine besondere Eigenschaft: Sie werden beim Anlegen
von elektrischer Spannung oder Magnetfeldern innerhalb von
Sekundenbruchteilen fest. Das macht sie für zahlreiche Anwendungen
interessant, wie etwa verschleißarme Bremsen, leistungsfähige
hydraulische Anlagen oder haptische Displays.
Ein Knopfdruck genügt - und die gerade noch flüssige,
milchig weiße Suspension ist fest und zäh wie Gelee. Möglich machen das
elektrorheologische Flüssigkeiten (ERF). "Die Elektrofluide
verändern ihr Fließverhalten, wenn Spannung angelegt wird",
erklärt Dr. Holger Böse vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
in Würzburg. Bekannt ist der Effekt bereits seit mehr als 50 Jahren. Doch
erst jetzt steht die Technologie an der Schwelle zur Anwendung.
Der verblüffende Effekt ist leicht zu erklären: In einer
hochisolierenden Flüssigkeit - wie etwa Silicon- oder Mineralöl - sind
Milliarden von elektrisch polarisierbaren Teilchen gleichmäßig verteilt.
Das ändert sich, sobald Spannung anliegt. In einem elektrischen Feld
bilden die Partikel Dipole mit Plus- und Minus-Ladungen und verbinden sich
zu langen Ketten. Die Flüssigkeit zwischen den Elektroden wird innerhalb
von Millisekunden fest. Ähnlich funktionieren auch die
magnetorheologischen Flüssigkeiten (MRF).
"Zur Zeit sind die MRF in der Anwendung weiter als
ihre elektrorheologischen Schwestern", beschreibt Böse den Stand der
Entwicklung. Die amerikanische Firma Lord bietet bereits erste Produkte
an, die mit MRF arbeiten. Die smarten Flüssigkeiten dämpfen Fahrersitze
in LKW oder dienen als Bremsen in Fitnessgeräten. Seit vorigem Jahr setzt
General Motors sie sogar in Stoßdämpfern von Autos ein. In Deutschland
arbeitet das ISC mit Partnern an einem adaptiven Motorlager, das den
Fahrkomfort mithilfe von MRF erhöht.
Damit sind die Einsatzmöglichkeiten der magneto- und
elektrorheologischen Flüssigkeiten bei weitem noch nicht erschöpft. Die
smarten Flüssigkeiten lassen sich für zahlreiche neue Aktoren nutzen -
etwa für adaptive Dämpfungssysteme in der Verkehrstechnik, im
Maschinenbau oder für haptische Aktoren. Sie sind elektrisch steuerbar
und stufenlos zu verstellen. Interessant sind die smarten Flüssigkeiten
auch für hydraulische Anlagen. Sie können die verschleißanfälligen,
mechanischen Ventile ersetzen. Bei elektrorheologischen Verfahren ist die
Flüssigkeit selbst das Ventil. Wird Spannung angelegt, verstopft sie wie
ein Pfropf - und das bis zu 500 Mal pro Sekunde.
Wie die smarten Flüssigkeiten funktionieren, zeigen die
ISC-Forscher auf dem Ausstellungsschiff MS
Chemie, das ab dem 9. Juli an aus Anlass des Jahres der Chemie auf dem
Rhein unterwegs ist.
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