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19.02.2002

21:32 Uhr

Neue Materialien bringen den Leichtbau voran

Intelligente Werkstoffe machen Züge leiser

VonHeike Lischewski

Die Maschinenbau-Branche setzt große Hoffnungen in neue Fasern und Folien, die Schwingungen unterdrücken können. So sollen etwa Pkw auch bei hohem Tempo kaum vibrieren.

HB DÜSSELDORF. Eine neue Technologie soll Autos, Züge und Hubschrauber leichter, leiser und sparsamer machen, indem die für ihren Bau verwendeten Materialien aktiv Schwingungen, Lärm oder Verformungen bekämpfen.

Solche so genannten adaptiven Systeme werden den Maschinenbau nach Ansicht von Professor Holger Hanselka, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit in Darmstadt und mitverantwortlich für das Leitprojekt Adaptronik, revolutionieren: "In zehn oder zwanzig Jahren wird die Adaptronik Bestandteil der meisten Produkte sein."

Adaptive Systeme - auch "Smart Structures" genannt - sind mit integrierten Sensoren und so genannten Aktuatoren ausgestattete Verbundwerkstoffe. Wie in einem Nervensystem erfassen die Sensoren auftretende Bauteilschwingungen oder-verformungen. In der Folge werden über Regelungstechniken Gegensignale erzeugt, so dass über die Aktuatoren Gegenkräfte aktiviert werden, die Vibrationen oder Verformungen reduzieren oder sogar verhindern.

Sensoren sind bereits im Werkstoff integriert

Möglich wird dies durch neue Funktionswerkstoffe wie piezoelektrische Keramikfasern, die unter mechanischem Druck elektrische Signale abgeben oder im Umkehrprinzip sich auf Grund elektrischer Spannungen verkürzen oder verlängern. Nicht einmal so dick wie ein Haar, können sie in die allermeisten Werkstoffe integriert werden.

Damit wird der Leichtbau nach Ansicht von Experten einen neuen Schub erhalten, denn das größte Problem leichter Bauteile - Vibrationen und Geräuschentwicklung - könnte mit der Adaptronik-Technik gelöst werden.

Seit 1998 erforscht das Leitprojekt Adaptronik solche Verbundstrukturen; die beteiligten Partner wollen bis 2005 erste Produkte zur Marktreife bringen. Die Anwendungen sind vielfältig. So hat die Braunschweiger Invent GmbH für Hochgeschwindigkeitszüge ein Seitenwandelement aus kohlenstoff-verstärktem Kunststoff entwickelt, dessen Gewicht im Vergleich zur Aluminium-Version nur halb so niedrig ausfällt.

Derzeit geht man aus Kostengründen dazu über, glasfaser-verstärkte Kunststoffe zu erproben. Auch der Automobilbau wird von den smarten Strukturen profitieren, so Hanselka: "An Hauptfeldern wie zum Beispiel einem Autodach treten immer störende Schwingungen auf." Der gezielte Einsatz von Funktionswerkstoffen soll diese Dynamik erfassen und die Schwingung durch eine Gegenschwingung beseitigen.

Geräusche werden durch die Konstruktion minimiert

Zurzeit bereitet sich VW darauf vor, Piezo-Keramikfolien der bayerischen CeramTec AG in das Dach des Bora-Modells einzubauen, um Fahrgeräusche im Pkw-Innenraum zu reduzieren. Neben mehr Komfort soll die smarte Technologie dem Auto der Zukunft ein Drittel weniger an Gewicht sowie reduzierten Benzinbedarf bescheren, meint Dieter Sporn vom Fraunhofer für Silicatforschung-Institut in Würzburg: "Die Zukunft wird zeigen, dass man mit wesentlich leichteren Fahrzeugen, mit wesentlich geringerem Energieverbrauch auskommen kann, ohne einen Verlust an Komfort erleiden zu müssen."

Schallreduktion und Treibstoffersparnis sind auch Ziele des Europäischen Luft- und Raumfahrtkonzerns EADS in Ottobrunn, der in einem gemeinsamen Projekt mit dem Ottobrunner Hersteller Eurocopter und der Deutschen Luft- und Raumfahrtagentur DLR die Geräuschbelastung durch Hubschrauberrotorblätter sowohl für die Umgebung als auch innerhalb der Kabine vermindern will. Eine überdies für 2003 geplante adaptive Flugzeugtragfläche soll bis zu sechs Prozent Flugbenzin einsparen.

Während Konstrukteure Hanselka zufolge heute meist im Nachhinein überlegen, wie die Schwingungen einer Struktur unterdrückt werden können, werden künftig in der Konstruktion immer mehr integrierende Ansätze greifen. Und auch der Arbeitsmarkt soll profitieren: 25 000 Arbeitsplätze könnte die neue Technologie nach Angaben des Bundesforschungsministeriums schaffen.

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