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Schadenserkennung Inneres Leuchten offenbart Schäden in Klebverbindungen

| Redakteur: Peter Königsreuther

Setzt man Klebstoffen Mikrokapseln zu, die bei Beschädigung eine UV-lichtreaktive Wirkung entfalten, zeigt sich das Problem als Leuchterscheinung, wie Forscher der Uni Kassel jetzt heraus gefunden haben.

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Ein Riss in einer Kleberschicht (Kreuz) löst ein floureszierendes Leuchten aus. Das ist die Basis einer neuartigen Fehlererkennung, die von Forschern der Uni Kassel ersonnen wurde. Die Experten setzten dabei auf Mikrokapseln im Klebstoff, die bei Beschädigung eine UV-lichtrreaktive Substanz abgeben, und so auf ein bestehendes oder beginnendes Problem (Riss in einer Klebenaht etc.) aufmerksam machen, wie es dazu heißt.
Ein Riss in einer Kleberschicht (Kreuz) löst ein floureszierendes Leuchten aus. Das ist die Basis einer neuartigen Fehlererkennung, die von Forschern der Uni Kassel ersonnen wurde. Die Experten setzten dabei auf Mikrokapseln im Klebstoff, die bei Beschädigung eine UV-lichtrreaktive Substanz abgeben, und so auf ein bestehendes oder beginnendes Problem (Riss in einer Klebenaht etc.) aufmerksam machen, wie es dazu heißt.
(Bild: Uni Kassel)

Das Kleben spielt in Industriezweigen wie der Autoindustrie, dem Maschinenbau oder dem Bauwesen eine wachsende Rolle, sagen Dipl.-Ing. Martin Kahlmeyer (Fachgebiet trennende und fügende Verfahren) und M.Sc. Johannes Scheel (Fachgebiet technische Mechanik/Kontinuumstechnik) von der Uni Kassel. Qualitätssichernde Prüfverfahren zum Aufspüren von betriebs- oder alterungsbedingten Rissen in derartigen Verbindungen seien jedoch sehr aufwendig, oder die Bauteile und damit auch die Klebeverbindungen würden bei der Prüfung gar zerstört.

UV-Licht lässt Problemstellen erstrahlen

Ein Verfahren, das Ingenieurwissenschaftler der Universität Kassel verfeinert haben, könnte hier zukünftig Abhilfe schaffen, heißt es: Dabei werden in strukturelle Industrieklebstoffe winzige, nur 20 bis 100 µm messende Kapseln eingebracht, die einen Farbstoff enthalten, so das Forscher-Duo. Treten im gehärteten Klebstoff Mikrorisse auf, zerstörten diese auch die Kapseln. Der Farbstoff trete aus, und beginne innerhalb des Klebstoffes bei Bestrahlung zu fluoreszieren. Weil der Klebstoff durchsichtig ist, ist dieses innere Leuchten (bei transparenten Fügepartnern) von außen unter UV-Licht sichtbar, sagen die Experten.

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Mikrokapseln können echt „mitreißende“ Helfer sein

Für das Projekt experimentierten Kahlmeyer und Scheel unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Stefan Böhm, wie es weiter heißt, mit verschiedenen Klebstoffen ebenso wie mit verschiedenen Kugelgrößen und Farbstoffen. Prof. Dr.-Ing. Andreas Ricoeur (Leiter des Fachgebiets von Johannes Scheel) unterstützte die Experimente mit numerischen Simulationen und bruchmechanischen Untersuchungen.

Auch den Herstellungsprozess der Farbkugeln hätten die Wissenschaftler im Zuge dessen optimieren können. Entscheidend sei dabei gewesen, dass die so genannten Mikrokapseln durch Grenzflächenpolymerisation möglichst dicht hergestellt werden mussten und im Klebstoff so zu platzieren seien, dass sie bereits bei feinsten Rissen mit reißen. Dabei baute die Forschungsgruppe auch auf Vorarbeiten anderer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf, heißt es.

Das Ziel ist die Selbstheilung von Klebeverbindungen

„Im Labor konnten wir bereits für einen Fluoreszenznachweis geeignete Kapseln herstellen und in Klebstoffen verteilen“, erklärt Kahlmeyer. Das Verfahren sei von einem Einsatz in der industriellen Fertigung noch ein Stück entfernt. Doch es eröffne Perspektiven, um Prüfverfahren zu verbessern und die Sicherheit von optisch transparenten Verbindungen, wie geklebten Glasstrukturen, zu erhöhen.

Das Projekt lief über zwei Jahre, heißt es, und wurde gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Anschlussprojekte sollen das Verfahren zur Praxistauglichkeit weiterentwickeln. „Unsere Zielvorstellung ist es, einmal Kapseln zu entwickeln, die Mikro-Risse nicht nur aufzeigen, sondern mit ihrer Flüssigkeit sofort ausheilen können“, blickt Scheel voraus.

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