Magnesiumlegierungen Magnetische Legierungen machen komplette Bauteile zu Sensoren

Ziel der Entwicklung magnetischer Magnesiumlegierungen ist die Herstellung von Gussteilen, die eine Onlinemessung der mechanischen Belastung ohne Dehnungsmessstreifen ermöglichen. Das ganze Bauteil übernimmt Sensoraufgaben. Umgebungseinflüsse werden eliminiert. Besonders der Fahrzeugbau kann davon profitieren.

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Universität Hannover Institut für Werkstoffkunde

Die Messung mechanischer Belastungen von Strukturbauteilen im Maschinenbau erfolgt bislang vor allem mithilfe von Dehnungsmessstreifen (DMS). Rückschlüsse auf die in den überwachten Bauteilbereichen wirkende mechanische Spannung werden über Änderungen des elektrischen Widerstands ermöglicht, die aufgrund der gemeinsamen Verformung von Bauteil und DMS eintritt. Sollen an unterschiedlichen Bauteilstellen Messungen durchgeführt werden, ist eine entsprechende Anzahl an Dehnungsmessstreifen erforderlich. Mit einem DMS kann die Beanspruchung nur lokal an einer Messstelle erfasst werden.

Umgehen von Nachteilen der traditionellen Kraftmessung

Die Dehnungsmessstreifen und ihre elektrische Kontaktierung befinden sich auf der Bauteiloberfläche. Sie sind gegen Umwelteinflüsse und mechanische Beschädigungen weitestgehend ungeschützt. Verfügt der Werkstoff des Bauteils dagegen selbst über materialinhärente sensorische Eigenschaften, werden einige Nachteile der traditionellen Kraftmessung umgangen, weil das gesamte Bauteil als Sensor zur Verfügung steht. Als „Sensormaterialien“ sind ferromagnetische Werkstoffe geeignet. Ihre magnetischen Eigenschaften sind bei mechanischen Belastungen nachvollziehbaren Änderungen unterworfen, dem sogenannten Villari-Effekt (Bilder 1 und 2). Diese Änderungen können mithilfe der Wirbelstrom-Prüftechnik unter Anwendung der Harmonischen-Analyse online ausgelesen und verarbeitet werden.

Herstellung magnetischer Legierungen im Kokillen- oder Sandguss

Zu den ferromagnetischen Werkstoffen gehören unter anderem ferritische Stähle sowie einige Nickel- und Kobaltlegierungen. Im Gegensatz dazu sind leichte Konstruktionswerkstoffe wie Magnesium paramagnetisch. Um Magnesiumwerkstoffe mit sensorischen Eigenschaften auszustatten, werden am Institut für Werkstoffkunde (IW) der Leibniz-Universität Hannover Magnesiumlegierungen mit ferromagnetischen Materialien, zum Beispiel Samarium-Kobalt-Verbindungen, legiert. Die Legierungsentwicklung und Herstellung der magnetischen Magnesiumlegierungen erfolgt gießtechnisch im Kokillen- oder Sandguss.

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