Schweizer Erfindung zeigt Kletterern Materialermüdung durch Farbwechsel an Seilen auf

Schweizer Wissenschaftler der ETH Zürich und der Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) haben durch Farbwechsel an Seilen, anzeigen können, wann es seine Stabilität verliert.

Ob Sportseile, Baumkletterseile, Industriekletterseile, Materialseile oder Spezialseile – sie alle sind häufig hohen Belastungen jeglicher Art ausgesetzt. Seile sind der Garant für die Sicherheit von Kletterern. Wenn die Stabilität des Seiles nachlässt, fällt dies mitunter nicht immer sofort auf. PSAgA-Prüfstellen können den Zustand der Seile inspizieren und die Tragfähigkeit abschätzen. Doch bei diesen Prüfungen können viele Fehler unterlaufen, weil „die Geschichte“ eines Seils nicht von Außen einsehbar ist. Im Zweifel wird das Seil aus vermeintlichen Materialermüdungsgründen ausgetauscht – oft auch zu Unrecht. Den Schweizer Forschern der ETH Zürich und der Empa ist deshalb mit der Entwicklung eines neuen Spezialseiles ein Coup gelungen: es wechselt die Farbe, wenn es seine Stabilität verliert. Das Seil wird dazu mit drei verschiedenen metallischen Schichten besprüht. Zunächst wird Silber als Basisschicht auf das Seil aufgetragen. Aber Silber allein wäre zu instabil, weshalb auf das Silber eine Schicht Titan-Stickoxid aufgetragen wird, um es zu stabilisieren. Mit der dritten und finalen Schicht wird die für die Farbveränderung verantwortliche Schicht aufgetragen: eine Legierung aus Tellur, Germanium und Antimon. Bei hohen Temperaturen kristallisiert diese Legierung und die Farbe des Seiles verändert sich von blau zu weiß-gräulich. Der physikalische Fachbegriff für diesen Vorgang nennt sich „Interferenz“. Bei der Interferenz treffen zwei unterschiedliche Lichtwellen aufeinander, die sich in der Folge entweder verstärken oder abschwächen und die Farbveränderung hervorrufen.

Temperaturveränderung sorgt für Farbwechsel an Seilen

Durch die chemische Zusammensetzung der Schichten lässt sich die Temperaturspanne verändern, in welcher der Farbverlauf deutlich werden soll. Diese Temperaturspanne wurde von den Schweizer Wissenschaftlern so gewählt, dass sie der Materialermüdungsspanne eines Seiles entspricht, um so den Nutzer über die Gefahr aufzuklären. Im genannten Versuch der Schweizer Forscher von der ETH Zürich und der Empa wurde der Temperaturbereich zwischen 100 und 400 °C gewählt, um Seilen mit einer Temperaturbeständigkeit von bis zu 180 °C eine Materialermüdung aufzuzeigen. Wenn die Seile einer zu hohen Temperatur ausgesetzt waren, machen sie dies mit einem Farbwechsel deutlich und können zum Zwecke der Sicherheit ersetzt werden.

Zugleich verringert diese Erfindung auch den Entsorgungsbedarf, da vermeintlich unsichere Seile zum Schutz der Kletterer bislang ausgetauscht wurden, obwohl ihre Materialbeständigkeit vielleicht noch gegeben war. Zukünftig ließe sich so ressourcensparend und umweltschonend arbeiten. Anwender dieser Seile sind zum einen Feuerwehrleute, die durch ihre Rettungseinsätze bei Bränden diese Spezialseile benötigen und zum anderen Industriekletterer, die durch Schweißarbeiten oder Arbeiten in Maschinenhallen, Hochöfen oder Kraftwerken ihren Seilen hohe Temperaturen zumuten müssen.

Aus der Forschung in die Praxis

Gegenwärtig müssen sich die Forscher allerdings noch einem Problem stellen: die Seile verlieren nach einigen Monaten ihre Spezialfähigkeit, da sie oxidieren. Dadurch erfolgt der Farbwechsel nach einigen Monaten nicht mehr und die Seile werden zu herkömmlichen Seilen. Um die Haltbarkeit zukünftig zu gewährleisten, wird das Team um Dr. Dirk Hegemann die Seile zukünftig noch weiter optimieren.

Farbwechsel an Seilen

Was diese Erfindung in ein paar Jahren für Industriekletterer, insbesondere für Feuerwehrleute/Höhenrettung bedeuten könnte ist klar: in extremem Situationen kann selbst hier für ein hohes Maß an Sicherheit gesorgt werden.

[1] o.V.: Intelligente Fasern. Farbwechsel bei beschädigten Seilen. Hauchdünne Schichten mit großer Wirkung, in: Chemie.de, 07.01.2021; Zogg, Cornelia: Damit das Sicherungsseil nicht zur Zerreißprobe wird. Fasern mit Farbwechsel, in: Labor Praxis, 11.01.2021.