Piezomaterialien sind Werkstoffe, bei denen unter Druckeinwirkung eine elektrische Spannung abgegriffen werden kann. Damit kann mechanische in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Erscheinung wird als direkter piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Umgekehrt ist es auch möglich, das Material mit einer elektrischen Spannung zu belasten. Piezomaterialien antworten dann mit einer Längenänderung. Der Durchbruch für industrielle Anwendungen gelang, als der Effekt in einer technisch nutzbaren Größenordnung bei speziellen Keramiken nachgewiesen wurde. Heute werden Piezomaterialien zum Beispiel als Abstandssensoren (Einparkhilfe im Automobil) oder zur hochpräzisen Positionierung (nanometergenaue Ansteuerung) in diversen Applikationen eingesetzt.
Der erste Besuchstermin führte die Arbeitsgruppe um Prof. Hockauf nach Dresden zum Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS).
Bereits zu DDR-Zeiten hatte der Standort einen guten Namen im Bereich der Werkstoffentwicklung. So war hier das Zentralinstitut für Festkörperphysik und Werkstoffforschung angesiedelt. Daraus ging im Jahr 1992 u.a. das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe hervor. Das Institut entwickelte sich schnell zu einem etablierten Forschungspartner im Bereich der Hochleistungskeramik. Um die erweiterte Ausrichtung hin auf »keramische Systemlösungen« zu dokumentieren, wurde das IKTS 2006 in „Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme“ umbenannt.
Prof. Hockauf hat den Termin beim IKTS genutzt, um sich insbesondere zu den vorhandenen Messplätzen zu informieren. An denen kann das Piezomaterial umfassend charakterisiert werden. Ziel der Mittweidaer Arbeitsgruppe ist es, einen solchen Messplatz bzw. ein entsprechendes studentisches Praktikum an der Hochschule Mittweida zu realisieren.
Darüber hinaus ist das IKTS insbesondere für Studierende interessant. Im Rahmen der Forschungsaktivitäten gibt es zahlreiche Themen für Praktikums- bzw. Abschlussarbeiten. Die ersten Themen sind bereits im Schaukasten der Fachgruppe Werkstofftechnik im Haus 5 zu finden sowie online abrufbar.
Ein zweiter Besuchstermin fand in Thüringen bei PI Ceramic statt. Die Firma entwickelt und fertigt seit über 25 Jahren hochwertige Piezokomponenten für aktorische und sensorische Anwendungen. Aktuell sind dazu am Standort Lederhose über 300 Mitarbeiter beschäftigt. In der Vergangenheit hatte es bereits Kontakte zu der Firma gegeben. Insbesondere durch die bei PI Ceramic arbeitenden Mittweidaer Absolventen soll diese Verbindung wiederbelebt werden. Nach der Vorstellung der geplanten Aktivitäten in Lehre und Forschung durch Prof. Hockauf gab es die Gelegenheit die Fertigungslinien kennenzulernen. Für die Zukunft sind u.a. wieder studentische Exkursionen nach Thüringen geplant.
Der dritte Termin führte wiederum nach Dresden zu „Smart Material“. Die Firma ist spezialisiert auf die Herstellung und Entwicklung von piezoelektrischen Komponenten und Systemen. Zu den Kunden gehören international führende Unternehmen und Institutionen wie die NASA oder die Volkswagen AG. Smart Material beschäftigt sich intensiv mit sog. MFCs (Marco Fiber Composites). Es handelt sich dabei um folienartige, flexible Bauelemente, in denen Keramikfasern den piezoelektrischen Effekt realisieren.
MFCs können, indem sie zum Vibrieren angeregt werden, beispielsweise zum Enteisen Flugzeugtragflächen dienen. Sehr interessant ist auch die Anwendung im Bereich des „Energy Harvesting“. Die Idee dabei ist, MFCs beispielsweise in Sportbekleidung und Schuhe zu integrieren. Durch die mechanische Verformung bei Bewegungen des Menschen kann elektrische Energie gewonnen werden.
Der Geschäftsführer von „Smart Material“ ist an unserer Hochschule kein Unbekannter. Dr. Jan Kunzmann hat in Mittweida Maschinenbau studiert. Anschließend hat er an der TU Chemnitz promoviert. Mittlerweile hält er u.a. regelmäßig Gastvorlesungen im Modul Sensorik/Aktorik bei Prof. Christian Schulz (Fakultät Ingenieurwissenschaften) und erläutert dabei Aufbau, Funktionsweise und Anwendung von MFCs.
Bei Interesse an einem Praktikum oder einer Studien- bzw. Abschlussarbeit bei den oben genannten drei Einrichtungen steht Frau Prof. Hockauf gern als Ansprechpartnerin zur Verfügung.