Vom Material zum System – durchgehend smart

m 24. Mai 2016 begrüßte das Center Smart Materials (CeSMa) rund 50 interessierte Teilnehmer aus Industrie und Forschung zum 8. CeSMa-Workshop »Vom Material zum System – durchgehend smart«, der zusammen mit den bayerischen Clustern »Mechatronik & Automation« und »Neue Werkstoffe« am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg veranstaltet wurde. Nach sieben erfolgreichen Jahren der Arbeit am Projekt »Zentrum Smart Materials« gab das Team von CeSMa – Teil des Fraunhofer ISC – einen Überblick über die umfangreichen Möglichkeiten, die Fortschritte in der Entwicklung von Smart Materials und ihr Potenzial für den Einsatz in innovativen Produkten.

Mit Smart Materials können neue sensorische und aktorische Funktionen über eine elektrische oder magnetische Steuerung realisiert werden. Solche Funktionen sind wichtige Treiber für neue Produkte in nahezu allen industriellen Einsatzfeldern, nicht zuletzt in der immer mehr in den Blickpunkt rückenden Industrie 4.0. Smart Materials sparen Gewicht, motorisch getriebene bewegliche Teile und damit Energie, sie ermöglichen neue Designs und intuitiv erlernbare Bedienkonzepte. Das bringt auch für die Anwender messbare Vorteile.

In einem eintägigen Workshop stellte CeSMa das vielfältige Einsatzpotenzial für die im Fraunhofer ISC entwickelten Smart Materials vor. Im Fokus stand dabei die produktnahe Verbindung der »intelligenten« Werkstoffe mit mechatronischen Anwendungen für verschiedene Branchen wie Automobil, Maschinenbau, Medizintechnik sowie Sport und Freizeit.

»Am Anfang gab es vielversprechende Materialien mit interessanten Effekten, die aber seinerzeit nur im kleinen Maßstab im Labor entwickelt wurden. Nach sieben Jahren Projektarbeit kann das Fraunhofer ISC nun zu Recht stolz auf die sehr erfolgreichen Ergebnisse und Entwicklungen im Bereich der Smart Materials zurückblicken. Mit zahlreichen Industriepartnern haben wir konkrete Projekte umgesetzt und innovative Anwendungen erschlossen«, freute sich Prof. Gerhard Sextl, Institutsleiter des Fraunhofer ISC.

Dr. Holger Böse, wissenschaftlich-technischer Leiter von CeSMa, zeigte in seinem Vortrag insbesondere die Vorteile von Sensoren und Aktoren aus Soft Smart Materials: »Sie erfüllen ganz neuartige Funktionen und ermöglichen damit eine Vielzahl von interessanten Anwendungen.« Dielektrische Elastomersensoren (DES), die aus einer elastische Folie aus Silicon mit flexiblen und dehnbaren Elektroden auf beiden Seiten bestehen, messen Verformungen oder Druckeinwirkungen. Mit einem entsprechenden Aufbau lassen sie sich u. a. zur Messung von Greifkräften in einem Handschuh oder am Roboter sowie zur Gewichtsregistrierung auf Sitzen einsetzen. Außerdem können die Elastomersensoren auch für neue Bedienelemente im Automobil oder an Maschinen genutzt werden. Aktoren aus Elastomer können hingegen komplexe Bewegungen in fünf Richtungen ausführen, indem acht Elektrodenfelder in geschickter Abfolge elektrisch angeregt werden. Optisch transparente Materialien eröffnen zusätzliche Designoptionen, indem beispielsweise Aktoren für Licht durchlässig werden. Andere Elastomeraktoren erzeugen eine haptische Rückmeldung bei der Berührung mit dem Finger, eine Funktion, der gerade im Automobil immer mehr Bedeutung beigemessen wird. Für große Systeme werden die Aktoren oder Sensoren in neu aufgebauten Anlagen zu einem Mehrschichtaufbau verarbeitet, der über übliche Verfahren wie Rakeln und Sprühen sowie über Rolle-zu-Rolle-Verfahren in nahezu beliebigen Mustern hergestellt werden kann.

Die Anwendungsbeispiele, die CeSMa in den letzten Jahren erarbeitet hat, sind vielfältig und reichen vom Druckmessstrumpf für Diabetiker, über Andruckmessung für Beinprothesen, gestengesteuerte Bedienung von LKW-Sitzen, stufenlose Steuerung von Geräten, Elastomerpads zur Nervenstimulation bei Nervenschäden oder zur Unterstützung des Muskeltrainings bis hin zu Elastomerfolien mit verstärkter Leitfähigkeit für die Sitzheizung im Auto. Weitere bei CeSMa demonstrierte Anwendungen von Smart Materials beziehen sich auf Dämpfer mit schnell verstellbaren Dämpfungskräften, Kupplungen und Bremsen mit magnetisch steuerbarer
Drehmomentübertragung sowie auf neuartige Pumpen, schaltbare Blockierelemente und adaptive Dichtungen.

Eine zentrale Aufgabe von CeSMa besteht darin, die außergewöhnlichen Einsatzpotenziale von elektrisch und magnetisch steuerbaren Materialien für die Industrie nutzbar zu machen und Innovationen zu beschleunigen. Auch nach Abschluss des Projekts »Zentrum Smart Materials« im Juni 2016 ist daher die Arbeit von CeSMa nicht zu Ende, sondern kann als Beginn eines neuen Abschnittes gesehen werden.

Quelle
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC