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Baubranche entdeckt Metalllegierungen mit Formgedächtnis

empa-logoSogenannte Shape Memory Alloys (SMA), also Metalllegierungen mit Formgedächtnis finden bereits in verschiedenen Bereichen Anwendungen. Die Legierungen sind so konzipiert, dass sie bei Erreichen bestimmter Temperaturen ihre ursprüngliche Form einnehmen, auch wenn sie zwischenzeitlich bearbeitet wurden. Welche Temperatur die Reaktion auslöst, hängt vor allem von der Zusammensetzung der Beschichtung ab.

Bislang werden SMA vorwiegend in sensiblen Bereichen, wie Medizin oder Raumfahrt verwendet. In der Medizin werden beispielsweise Stents aus SMA eingesetzt, die bei ansteigender Körpertemperatur automatisch ihre ursprüngliche Form annehmen und damit die entsprechenden Blutgefäße offenhalten. Auf eine weitaus handfestere Anwendung zielt hingegen ein Projekt des Technik-Instituts Empa der ETH Zürich ab. Die Forscher des Instituts wollen SMA auch für die Baubranche nutzbar machen. Im Gegensatz zur Medizin, spielen für die konkurrenzstarke Baubranche allerdings niedrige Kosten und einfache Handhabbarkeit die Hauptrollen.

SMA – in der Medizin erprobt, jetzt für bautechnische Verfahren entdeckt


Zum Einsatz kommen könnten SMA hier bei der Vorspannung von Betonelementen. Im Brückenbau ist die Vorspannung etwa eine notwendige Voraussetzung, die bisher nur mit relativ hohem Aufwand zu bewerkstelligen ist und dementsprechend teuer ausfällt. Das Empa-Institut entwickelte nun Metallleisten mit einer SMA-Legierung aus Eisen-Mangan-Silizium. Diese werden in die Betonteile eingelassen und durch Stromzufuhr auf rund 160°C erhitzt. Bei dieser Temperatur versucht sich die Legierung in ihre ursprüngliche Form zusammenzuziehen, wird jedoch aufgrund der Einbetonierung daran gehindert. Als Ergebnis erzeugt die SMA-Legierung im Beton die gewünschte Vorspannung. Ein einfach zu handhabendes Verfahren, das zudem auch günstiger ausfällt als herkömmliche Vorspannungsmethoden.

Der günstige Materialpreis der Legierungen macht den Einsatz der Technik wahrscheinlich

Der niedrigere Preis ist insbesondere durch Eisen als Grundmaterial der Legierung bedingt. In bisherigen Anwendungen kommt zumeist eine Nickel-Titan-Legierung zum Einsatz. Da diese jedoch erst bei Temperaturen von etwa 400°C reagiert, kommt sie für den Einsatz in Betonelementen nicht infrage. Somit könnte die Baubranche gleich doppelt von der SMA-Legierung profitieren, durch die niedrigeren Kosten und die einfache Handhabbarkeit.

Die Wissenschaftler des Empa-Instituts gehen zumindest von einem relevanten Bedarf der Baubranche an SMA-Anwendungen aus und wollen ihre Forschungen auf weitere vorfabrizierte Elemente wie Platten, Säulen, Rohre und Silos ausdehnen

Foto: www.empa.ch