Verschleiß: Frühwarnsystem fordert Auswechslung

BERLIN. Besonders praktisch an dem von Ingenieuren des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover entwickelten Frühwarnsystem: Sie melden sich von ganz alleine, wenn sie ausgetauscht werden müssen.

Der verblüffende Ansatz: Metallteile wie Kurbelwellen, Zahnräder, Federbeine oder Pleuelstangen werden eingedellt – ganz leicht zumindest: „Die Teile erhalten Prägungen mit kleinen Beulen, durch die der Stahl unter Spannung gesetzt wird“, erläutert Leif-Erik Lorenzen, Geschäftsführer des Hannoveraner Instituts. Dazu werden Stahlbleche in der Produktion bis zu zwanzigtausendmal gedehnt und gestaucht. Durch dieses Verfahren erhöht sich der magnetisch nachweisbare Martensit-Gehalt – er gibt Aufschluss über den Härtegrad des Metalls.

Dieser Gehalt nimmt mit der Beanspruchung des eingebauten Teils zu – gewissermaßen bei jedem Poltern durch ein Schlagloch. „Während die ursprüngliche Verformung der definierte Nullzustand ist, verändert sich dieser durch mechanische oder thermische Belastungen“, sagt Lorenzen. „Das Bauteil ist also in der Lage, seine Lebensgeschichte zu dokumentieren.“

Ist ein kritischer Wert erreicht, wird zum Wechsel geraten. „Mit einem speziellen Gerät lässt sich das leicht messen“, so Ingenieur Lorenzen. Dies könne entweder im Rahmen der Hauptuntersuchung oder bei der Inspektion geschehen. Oder mittels permanenter Überwachung durch einen Sensor, der die Informationen an den Bordcomputer sendet. Allerdings funktioniert dies bislang nur beim so genanntem Drei-Phasen-Stahl, der im Automobilbau nicht sehr verbreitet ist. Eine Lösung wären laut Lorenzen kleine Plättchen aus dem relativ neuen Material, das auf herkömmliche Teile aufgebracht wird. Auch Gussteile wie Achsen sollen sich nach dem Verfahren der Hannoveraner Forscher selbst überwachen. Weil hier nicht gebogen und gedehnt werden kann, wird ein magnetisches Pulver in geschmolzenes Magnesium gegeben, das sich gleichmäßig im Gussteil verteilt.

Lorenzen möchte die Technik aber nicht nur zur Kontrolle des Verschleißes einsetzen, sondern auch, um Bauteile zu optimieren. Beispielsweise sei die Radaufhängung sehr solide gefertigt, um kein Risiko einzugehen. Tatsächlich ist sie aber wenig bruchgefährdet, und die Ingenieure konstruieren sie nach theoretisch angenommenen Belastungswerten. „Mit dem Wissen tatsächlich auftretender Kräfte wäre man deutlich näher an der Realität, so dass solche Teile leichter sein könnten, was wiederum den Kraftstoffverbrauch senken würde“, sagt Lorenzen. Umgekehrt erfahren Konstrukteure von intelligenten Bauteilen, wo diese stabiler ausgelegt werden müssen.

Künftig wollen die Ingenieure zudem versuchen, Kunststoffe in die Lage zu versetzen, vor Bruch zu warnen – was ein ungleich schwierigeres Unterfangen ist. Doch auch bis zunächst Stahl- und Gussteilen selbstdiagnostische Fähigkeiten eingehaucht werden, dürften noch einige Jahre vergehen.