Müdes Material entlarven

Wissenschaftler entwickeln Methode, um Risse frühzeitig zu erkennen

Schäden frühzeitig erkennen: Lisa Zellmer und Stanislav Tereschenko testen einen Prototypen des Messgeräts. Mithilfe eines hochauflösenden 3D-Mikroskops können sie sich die Metalloberfläche als dreidimensionales Gebirge auf dem Bildschirm anzeigen lassen und somit kleinste Veränderungen beobachten. Fotos: Schaffner

Kassel. Materialermüdung kann katastrophale Folgen haben: Tragisches Beispiel ist der ICE-Unfall von Eschede, bei dem 1998 mehr als 100 Menschen starben. Ursache war ein Riss im Radreifen. An der Uni Kassel wurde jetzt ein System entwickelt, um solche Mikroschäden künftig früher zu erkennen.

Beteiligt sind Prof. Angelika Brückner-Foit vom Institut für Werkstofftechnik und Prof. Peter Lehmann vom Fachbereich Elektrotechnik/Informatik der Uni Kassel.  

Wird Metall, zum Beispiel ein Eisenbahnrad, durch ständige Bewegung stark belastet, verändert sich seine Oberfläche. Erst wird sie rau, später bilden sich Risse und schließlich bricht das Material auseinander. „Wir überprüfen, wie rau es werden darf, damit es nicht zu einer Katastrophe kommen kann“, fasst Prof. Angelika Brückner-Foit, Leiterin des Fachgebiets Qualität und Zuverlässigkeit, das Forschungsprojekt zusammen. Die 59-Jährige arbeitet dafür eng mit dem Sensor-Spezialisten Professor Peter Lehmann (50) zusammen.

Der Leiter des Fachgebiets Messtechnik entwickelt in der ersten Phase des vorerst auf zwei Jahre angelegten Projekts ein hochauflösendes 3D-Mikroskop. Damit kann er nicht nur Veränderungen auf der Metalloberfläche auf den milliardstel Meter genau beobachten. Das optische Messgerät erlaubt es ihm auch, sich die Oberfläche dreidimensional in Form eines 3D-Gebirges anzeigen zu lassen. „Schäden lassen sich somit besser und früher, nämlich schon im Stadium der Rauigkeit, erkennen“, erklärt Lehmann.

Unterstützt werden die Professoren bei dem mit 350 000 Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt von ihren wissenschaftlichen Mitarbeitern Lisa Zellmer (Qualität und Zuverlässigkeit) und Stanislav Tereschenko (Messtechnik). Beide werden jeweils eine Doktorarbeit zum Thema schreiben.

Ist das Messgerät erprobt, baut es Brückner-Foit in eine sogenannte Schwingprüfmaschine ein. Sie simuliert dann anhand fingernagelgroßer Stahlmodelle Belastungen, die beispielsweise auf Räder von Eisenbahnzügen oder auch Stahlträger einer Autobahnbrücke wirken.

Wann kommt es zum Bruch?

Integriert in den Versuchsaufbau wird das 3D-Mikroskop zwar auch den Schwingungen ausgesetzt, soll aber trotzdem kleinste Veränderungen an der Oberfläche anzeigen. So könnte das spätere Messsystem beispielsweise bei Eisenbahn-Routineprüfungen direkt an der Radachse zum Einsatz kommen. „Ziel ist es, vorhersagen zu können, wann das Metall brechen wird“, sagt Brückner-Foit.

Tragische Zugunfälle wie der in Eschede lassen sich zwar nie ganz ausschließen. Die Ergebnisse von Brückner-Foit und Lehmann könnten jedoch helfen, dass materialmüde Radreifen künftig rechtzeitig ausgetauscht werden.

Von Sebastian Schaffner

Kommentare

Unsere Kommentarfunktion wird über den Anbieter DISQUS gesteuert. Nutzer, die diesen Dienst nicht verwenden, können sich hier über das alte HNA-Login anmelden.

Hinweise zum Kommentieren:
In der Zeit zwischen 17 und 9 Uhr werden keine neuen Beiträge freigeschaltet.

Auf HNA.de können Sie Ihre Meinung zu einem Artikel äußern. Im Interesse aller Nutzer behält sich die Redaktion vor, Beiträge zu prüfen und gegebenenfalls abzulehnen. Halten Sie sich beim Kommentieren bitte an unsere Richtlinien: Bleiben Sie fair und sachlich - keine Beleidigungen, keine rassistischen, rufschädigenden und gegen die guten Sitten verstoßenden Beiträge. Kommentare, die gegen diese Regeln verstoßen, werden von der Redaktion kommentarlos gelöscht. Bitte halten Sie sich bei Ihren Beiträgen an das Thema des Artikels. Lesen Sie hier unsere kompletten Nutzungsbedingungen.

Die Kommentarfunktion unter einem Artikel wird automatisch nach drei Tagen geschlossen.