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26.04.2016

14:05 Uhr

Materialforschung

Das Bauteil denkt mit

VonSteffen Ermisch

Leichter, kompakter, sparsamer: Mit funktionalen Materialien erschließen Ingenieure verbesserte Konstruktionsmöglichkeiten. Auch der Mittelstand erkennt zunehmend den großen Vorteil der besonderen Werkstoffe.

Neue Materialien gehören zum Tagesgeschäft des Fraunhofer-Instituts.

Fraunhofer-Forscher Holger Kunze

Neue Materialien gehören zum Tagesgeschäft des Fraunhofer-Instituts.

KölnWenn Alexander Czechowicz seine Arbeit erklären soll, spielt er gerne den Zauberer. Er holt einen verbogenen Draht aus der Tasche, hält ein Feuerzeug daran - und der Draht formt sich zu einem Herzen. Naturwissenschaftler kennen den Trick: Bestimmte Metalllegierungen nehmen je nach Temperatur unterschiedliche Strukturen an - und „erinnern“ sich dabei an vorher definierte Formen.

Czechowicz wirbt dafür, dass sich die Industrie diesen Effekt stärker zunutze macht - mit Erfolg. „Das Interesse an Formgedächtnisverbindungen hat in den letzten Jahren rasant zugenommen“, sagt Czechowicz, der in der Remscheider Forschungsgemeinschaft Werkstoffe und Werkzeuge (FGW) den Bereich Formgedächtnistechnik leitet.

Auch der Mittelstand erkenne zunehmend den großen Vorteil der Drähte: Sie verrichten mechanische Arbeit, sind aber kompakter und leichter als etwa Stellmotoren oder Ventile. Gesteuert werden sie, indem elektrischer Strom angelegt wird, der das Metall erhitzt. Kühlt der Draht ab, nimmt er seine Ursprungsform an. Die Materialpreise seien stark gefallen, sagt Czechowicz: „In vielen Fällen lassen sich die Kosten für ein Bauteil senken.“

Formgedächtnislegierungen gehören zu einer Gruppe von Werkstoffen, die über besondere mechanische Eigenschaften verfügen und als „Smart Materials“ einen regelrechten Boom erfahren. Piezokeramiken zählen ebenso dazu wie Kunststoffe, die sich durch das Anlegen einer elektrischen Spannung verformen. Sehr gefragt sind auch Oberflächenbeschichtungen, die aerodynamische Eigenschaften eines Bauteils verändern können.

Pionier bei der Verwendung funktionaler Werkstoffe ist die Luft- und Raumfahrt: Hier kommt es darauf an, viel Technik auf kleinem Raum unterzubringen. Auch die Automobilindustrie treibt das Thema voran. Schon länger verwendet sie Piezokeramiken in Einspritzsystemen von Motoren. Der Leichtbau-Trend beschleunigt die Entwicklung - so wird die Technik auch bei Tankklappen oder elektrisch steuerbaren Außenspiegeln erprobt. In Massagesitzen werden Formgedächtnisverbindungen genutzt.

„Viele intelligente Werkstoffe haben einen Reifegrad erreicht, der immer mehr Anwendungen zulässt“, sagt Holger Kunze, Hauptabteilungsleiter Mechatronik am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. „Neue Simulationsmethoden und Konstruktionswerkzeuge ebnen den Weg zum Masseneinsatz.“ In der Initiative Smart³ arbeitet das IWU zusammen mit über 80 Forschungseinrichtungen und Unternehmen an Smart Materials. „Hier treffen Ingenieure auf Designer und Soziologen - das eröffnet neue Perspektiven“, sagt Kunze.

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