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Königsbrunn

05.10.2019

Die Wissenschaft lernt von der Natur, Gewicht zu sparen

Kulturbüroleiterin Ursula Off-Melcher dankte Judith Moosburger-Will (links), die im Infopavillon 955 in Königsbrunn über leichte Materialien informierte.
Bild: Claudia Deeney

Leichte Werkstoffe sind zukunftsweisend, doch die Zuhörer beim Königsbrunner Campus wollen auch wissen, wie sie entsorgt werden.

Die Veranstaltungsreihe Königsbrunner Campus gibt es seit sieben Jahren. „Elf Lehrstühle waren bisher vertreten, von Religion über Informatik bis hin zu Musik- und Kunstgeschichte wurden ziemlich alle Themenbereiche gestreift“, führte Kulturbüroleiterin Ursula Off-Melcher die rund 50 Anwesenden zu Beginn der 30. Veranstaltung dieser Reihe ein.

Wesentlich mehr Männer als Frauen waren im Infopavillon 955 zu Gast, was wahrscheinlich dem wissenschaftlich-technischen Thema geschuldet war. Judith Moosburger-Will, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Universität Augsburg im Bereich Experimentalphysik II, referierte zum Thema „Carbon-, Glas- und Keramikfasern – Hochleistungsmaterialien für den Leichtbau“.

Warum sind leichtere Materialien eigentlich wichtig?

Dazu gehörte auch erst mal die Fragestellung, warum sich die Wissenschaft, neben bereits bestehenden Materialien wie Stahl oder Aluminium, auf die Suche nach leichteren Materialien gemacht hat, sowie die Frage, wie man diese herstellen kann.

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Steigerung der Ressourceneffizienz und daraus folgend Rohstoffe einzusparen, den Energieverbrauch während der Nutzung beispielsweise eines Flugzeuges oder schlicht Gewicht zu reduzieren, sind einige der Antworten, wie Moosburger-Will sagt: „Je leichter ein Fahrzeug, desto weniger Kraftstoff verbraucht es und desto mehr kann die zulässige Nutzlast erhöht werden.“

Leichtes Material mit hohen mechanischen Eigenschaften wollte die Wissenschaft kreieren und warf dazu einen Blick in die Natur.

Menschliche Knochen sind ein gutes Beispiel, denn diese haben keine massive Bauweise, sondern stabile Knochenbälkchen und außen herum weicheres Knochenmark. Sie sind leicht und tragen trotzdem die ganze Last des Körpers.

Die Struktur von Blättern und Holz ist ein gutes Beispiel für geringes Gewicht

Die Forschung orientierte sich auch an der Struktur von Blättern und Holz. „Die Natur hat Systeme entwickelt und sie schafft es, Gewicht einzusparen bei gleicher Stabilität, diese Idee greift die Technik auf“, so die Referentin.

Neue Materialien wurden entwickelt, beispielsweise Carbon. Moosburger-Will erklärt anhand chemischer Formeln genau, wie Carbon überhaupt geschaffen wurde. Vereinfacht erklärt habe man alle chemisch bekannten Elemente angeschaut und sei beim Kohlenstoff fündig geworden. Dessen hexagonale Struktur ist stark dehnbar im Vergleich zu Stahl, aber sehr viel kräftiger.

Zur Herstellung wird das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial zur Faser gesponnen, ein Vorgang ähnlich wie im Textilbereich. Danach wird die Faser so behandelt, dass sie Temperaturen bis zu 1000 Grad Celsius aushält. Zu den Anforderungen an die Carbonfaser zählt auch, dass sie nicht zu teuer sein darf. Die Carbonfaser ist sehr viel dünner und hat bessere mechanische Eigenschaften als Aluminium, Titan oder Stahl. Eingesetzt wird Carbon in der Raumfahrt, bei Flugzeugen oder auch in der Autoindustrie. In den letzten zehn Jahren hat sich der Verbrauch von Carbon nahezu verdreifacht, wie Moosburger-Will erklärt: „Zukunftsmarkt ist unter anderem das Elektroauto, wegen der relativ schweren Batterie.“ BMW habe mit dem „I3“ eine Karosserie komplett aus Carbon entwickelt.

Carbon ist nicht leicht zu reparieren

Was aber auch Fragen aufwirft, wie sich im Anschluss an den Vortrag herausstellte. Was passiert nämlich, wenn man mit so einem Fahrzeug einen Unfall hat? Einfach die betroffenen Stellen schweißen? Das geht bei Carbon eher nicht. Die Expertin geht davon aus, dass die Werkstätten entsprechende Lösungen haben.

Noch keine Lösung gibt es hingegen auf die Frage von Zuhörer Alwin Jung: „Wie wird Carbon entsorgt?“ Tatsächlich ist die Entsorgung noch nicht geregelt, da es momentan noch keine großen Mengen zu entsorgen gibt. Dieses Thema muss in naher Zukunft angegangen werden. Beim Recyceln ergibt sich das Problem, dass das Material nicht mehr die gleiche Qualität haben wird, wie ursprünglich.

Wiederaufbereiten macht bei der im Vortrag kurz vorgestellten Glaserfaser aus Kostengründen keinen Sinn. Aus Quarzsand, den es massenweise gibt, hergestellt, ist sie sehr günstig. Die Dichte der Glaserfaser ist etwas schlechter und daher hat sie eine geringere thermische Beständigkeit. Glaserfaser wird beispielsweise eingesetzt bei Rotorblättern von Windenergieanlagen mit bis zu 25 Metern Länge oder im Innenbereich von Autos.

Auch Fasern aus Keramik sind sehr leicht

Die dritte Alternative, die Keramikfaser, ist beispielsweise im Einsatz in Turbinen, weil dieses Material sehr hitzebeständig ist. Nachteil hier sind die geringe Produktionskapazität und der sehr hohe Preis.

Alle drei Fasern haben Vor- und Nachteile wie Judith Moosburger-Will abschließend erklärte: „Der Nutzer muss abwiegen, welche Eigenschaften er braucht und was es kosten darf.“

Auf Kosten der Gesundheit gehen die Carbon-, Glas- und Keramikfaser im Normalfall jedenfalls nicht, da sie zwar sehr dünn sind, aber weit entfernt von den zulässigen Werten.

Die nächste Veranstaltung in der Reihe Königsbrunner Campus findet am Donnerstag, 7. November, um 19 Uhr statt. Im Infopavillon 955 referiert Birte Marei Bambusch-Groetzki zum Thema „Faszination Hinterkaifeck – eine Mord(s)geschichte“.

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