Aufpasser am Fenster
Ein Ultraschallsensor warnt rechtzeitig vor Glasbruch.
Physik Journal – Ein Ultraschallsensor warnt rechtzeitig vor Glasbruch.
Glas und Stahl sind beliebte Materialien beim Bau von repräsentativen Gebäuden. Architekten konzipieren dabei nicht nur vollverglaste Fassaden, sondern zum Beispiel auch weitläufige Glasdächer in Bahnhöfen oder Einkaufszentren. Zwar muss es sich in Deutschland bei Scheiben, die in mehr als drei Meter Höhe angebracht werden, um Sicherheitsglas handeln, aber trotzdem kommt es immer wieder vor, dass gesprungene Glasscheiben Passanten gefährden.
Abb.: Piezosensoren erfassen in Glasscheiben bereits kleine Risse. (Bild: Fraunhofer-ISC)
Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung in Würzburg (ISC) haben nun gemeinsam mit Projektpartnern aus Forschung und Industrie den Prototyp einer Glasscheibe gebaut, die vor auftretenden Rissen warnt, solange sie noch klein sind. Die Projektbeteiligten integrieren dazu modifizierte, kommerziell erhältliche Piezowandler zwischen die Scheiben der Verbundgläser. Die Wandler sind von außen ansteuerbar und fungieren als Sensor und Aktor. Sie erzeugen Ultraschallimpulse, die sich in der Scheibe ausbreiten, an den Rändern reflektiert werden und wieder zum Sender, der gleichzeitig Empfänger ist, zurücklaufen. Mehrere eingebaute Wandler sorgen für Redundanz.
Meist geht ein Riss vom Rand einer Scheibe aus, da dort bei Transport, Zuschnitt und Einbau die größten Kräfte auftreten. Trifft die Ultraschallwelle auf einen solchen kleinen Riss, beeinflusst er die reflektierte Welle, was die den Piezowandlern nachge-schaltete Elektronik als Indiz für einen beginnenden Schaden wertet: Ab einer Größe von fünf Millimetern macht sich der Riss in einem zusätzlichen Reflex bemerkbar. Die Frequenz der Ultraschallwellen liegt zwischen 100 und 200 kHz und hängt von der Dicke der Scheibe und der Länge der Laufwege ab, sodass die Signalstärke trotz der auftretenden Dämpfung groß genug bleibt.
Die Sensoren messen 15 mm mal 15 mm und sind etwa 0,6 mm dick. Sie lassen sich bereits bei der Herstellung einer Verbundglasscheibe einbauen und erfassen zusätzlich Temperatur und Lichtintensität, um zum Beispiel eine Jalousie oder Klimaanlage zu steuern. Die Module lassen sich in die Gebäudeleittechnik einbinden. Sie eignen sich aber auch für die Qualitätskontrolle im Wareneingang oder -ausgang.
Michael Vogel
Quelle: Physik Journal, Juni 2010, S. 16
AH
