Forschung
Ressourceneffizienz

Schwerpunkt Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeitsforschung

© Illu: Dorota Gorski / PZH

In der PZH-Vortragsreihe "Zukunftslabor Produktion und Gesellschaft" ging es zentral um Auswirkungen und Herausforderungen der katastrophalen Klimaentwicklung, etwa im bewussteren Umgang mit Ressourcen, also Werkstoffen oder Energie. Neben vielen einzelnen Projekten beschäftigt sich auch der Sonderforschungsbereich "Regeneration komplexer Investitionsgüter" mit diesem Ziel.

"Manufacturing in a low energy future" - Julian M Allwood - Cambridge

Forschungsprojekte zur Ressourcenschonung

Ressourceneffizienz/Nachhaltigkeit

  • Prüfmittel-Fähigkeitsanalyse zur Detektion und Bewertung von Schleifbrand an Randzonen mittels Wirbelstromprüftechnik
    Innerhalb eines Schleifprozesses kann es durch fehlerhaft eingestellte Parameter zu einer erhöhten thermischen Belastung der Randzone kommen. In Abhängigkeit der thermischen Belastung können Veränderungen des Gefüges und des Eigenspannungszustandes auftreten, durch welche die Lebensdauer herabgesetzt wird. Im Vorgängervorhaben „Schleifbrandprüfung mittels ZFP-Mikromagnetik unter Verwendung eines robusten Sensorsystems“ wurde eine Wirbelstromsensorik auf Basis der Harmonischen Analyse entwickelt, mittels derer Schleifbrandschädigungen eindeutig detektiert und bewertet werden können. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist eine weiterführende Qualifizierung der entwickelten Wirbelstromsensorik. Hierzu werden die Auflösungsgrenzen der Sensorik hinsichtlich der Schädigungsintensität, der Schädigungsgröße sowie der Position und Lage der Schädigung bestimmt und eine weitere Bauteilgeometrie betrachtet.
    Jahr: 2022
    Förderung: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. (FVA)
    Laufzeit: 01.02.2022 – 31.01.2023
  • Untersuchung zum Wasserstoffgehalt in der Prozesszone und dem resultierenden Wasserstoffeintrag in das Schweißgut beim nassen Lichtbogen- und Laserstrahlschweißen (WaPro)
    Das Ziel dieses Forschungsvorhabens besteht in der Untersuchung des Wasserstoffgehaltes in der Prozesszone und dem resultierenden Wasserstoffeintrag in das Schweißgut. Ein wesentlicher Aspekt gilt hierbei dem Verständnis, an welcher Stelle der Prozesszone der Wasserstoff gebildet wird und wie sich die wesentlichen Prozesseinstellgrößen auf die Entstehung und Quantität auswirken. Ziel ist es ferner zu klären, wie sich die Wasserstoffkonzentration in der Prozesszone auf den Wasserstoffeintrag in die Schweißnaht auswirkt.
    Jahr: 2022
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01.01.2022 - 31.12.2023
  • Auswirkung einer Tiefsttemperaturbehandlung im Wärmebehandlungsprozess von Werkzeugstählen auf Korrosionsbeständigkeit, Maß- und Formhaltigkeit und Bruchzähigkeit
    In vielen Bereichen führt die Korrosion zu erheblichen volkswirtschaftlichen Schäden. In Kombination mit Verschleißvorgängen führt eine Korrosion zu einem erhöhten Materialverlust, bis hin zur Störung der Bauteilfunktion mit den resultierenden Folgekosten durch Ausfall und Ersatz. Durch die Anwendung einer Tiefsttemperaturbehandlung kann wohlmöglich das Korrosionsverhalten, das Verzugspotential sowie die Bruchzähigkeit (Wasserstoffversprödung) von metallischen Werkstoffen verbessert werden.
    Jahr: 2022
    Förderung: AiF-IGF
    Laufzeit: 01.06.2022 - 31.05.2024
  • Zerstörungsfreie Detektion des Restaustenitgehalts in der Wärmebehandlungsroute beim Härten von Wälzlagerstählen
    Unter ausreichender mechanischer Belastung wandelt Restaustenit spannungs- oder verformungsinduziert in Martensit um. Die Festigkeit und Duktilität eines Bauteils können somit zusätzlich gesteigert werden (TRIP-Effekt). Insbesondere bei Bauteilanwendungen mit Belastungsspitzen kann durch präzise eingestellte Restaustenitgehalte mit ausreichender Restaustenitstabilität eine beachtliche Lebensdauersteigerung erzielt werden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die zerstörungsfreie inline Erfassung und Bewertung des Restaustenitgehalts komplexer Wärmebehandlungslinien in verschiedenen Tiefenlagen mittels in-situ Wirbelstromprüftechnik.
    Jahr: 2022
    Förderung: AiF-IGF Vorhaben Nr.: 22623 N / 2
    Laufzeit: 01.09.2022 – 28.02.2025
  • Lastsensitive Zahnwelle mit sensorischem Werkstoff
    Zahnwellenverbindungen (ZWV) zählen zu den höchstbelasteten Maschinenelementen im Antriebsstrang und sitzen üblicherweise so zentral im Leistungsfluss, dass die von der ZWV erfahrene Beanspruchung sowie weitere an dieser Stelle aufgezeichnete Messgrößen zur Bewertung der weiteren kritischen Maschinenelemente eingesetzt werden können. Auftretende kritische Bauteilbeanspruchungen sollen mithilfe eines Werkstoffsensors in Kombination mit einer Wirbelstromprüfung detektiert werden
    Jahr: 2022
    Förderung: DFG - SPP2305
    Laufzeit: 01/2022 – 12/2024
  • Qualifizierung von metallischen Werkstoffen in Wasserstoffatmosphäre unter zyklischen Lasten
    In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Institut für Kautschuktechnologie e.V. (DIK) und der Firma HARTMANN VALVES GmbH entwickelt das Institut für Werkstoffkunde (IW) einen versprödungsresistenten Werkstoffverbund mit dessen Hilfe sich Armaturen und Wellheads in reiner Wasserstoffatmosphäre abdichten lassen. Ein weiterer Aspekt ist der Einfluss zyklischer Lasten, welche auf Armaturen, Wellheads oder Wasserstoffleitungen aufgrund von Druckänderungen wirken können. Die Auswirkungen wasserstoffbedingter Werkstoffdegradation im Zusammenspiel mit zyklischen Lasten auf die jeweilige Bauteillebensdauer ist integraler Bestandteil des Forschungsvorhabens.
    Jahr: 2022
    Förderung: NBank – Wasserstoffrichtlinie
    Laufzeit: 08/2022 – 12/2024
  • Charakterisierung des Kriechverhaltens einer Nickelbasis-Superlegierung unter nicht-isothermen Bedingungen und Modifikation der Kriechlebensdauer mittels Stromimpulsbehandlung
    In diesem Projekt wird das Kriechverhalten der einkristallinen Nickelbasis-Superlegierung CMSX-4 untersucht. Dazu werden nicht-isotherme Zeitstandversuche durchgeführt, bei denen die Proben vergleichsweise hochfrequenten Temperaturänderungen unterzogen werden. Darüber hinaus werden die Proben mit Elektroimpulsen zwischenbehandelt. Die Impulse hoher Stromdichte wirken sich auf die Versetzungsanordnung sowie die lokale chemische Zusammensetzung und damit auf das Kriechverhalten aus.
    Jahr: 2021
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2021- 12/2023
  • Entwicklung neuer Scheibenelektrodenwerkstoffe für das Kontaktlichtbogentrennschleifen (CAMG)
    Im Rahmen des Projektes soll das Kontaktlichtbogentrennschleifen (CAMG) für den Einsatz in Stilllegungs- und Rückbauprojekten von Atomkraftwerken weiterentwickelt werden. Die größte Herausforderung stellt dabei der Scheibenverschleiß dar, welcher die Prozessstabilität und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigen kann. Durch die Anwendung additiver Fertigungsverfahren auf der Basis von draht- und pulverbasierten Systemen sollen konkret auf den Belastungsfall zugeschnittene, werkstofftechnische Lösungen für das Scheibenmaterial und die Schneidwerkstoffe entwickelt werden. Für die sinnvolle Verwendung im Rückbauprozess muss die Schneidscheibe einfach und möglichst automatisierbar gewechselt werden können. Dafür ist eine Konstruktion zu entwickeln, welche ebenfalls die Energieversorgung sicherstellt. Hier ist das Ziel des Projektes einen auf Gallium basierenden Flüssigkeitsstromübertrager zu realisieren.
    Jahr: 2021
    Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung
    Laufzeit: 01.06.2021 – 31.05.2024
  • Erforschung und Simulation des Strömungsverhaltens einer geregelten Brenngas-Sauerstoffmischung im Bereich des Mischrohres und in der Brenngasdüse zur Verhinderung von Flammenrückschlägen
    Zur Entwicklung eines neuartigen Injektorprinzips von autogenen Brennschneidern sind Zustandskenntnisse der Prozessgase in der Mischkammer und im Düsensystem erforderlich. Hierzu werden im Rahmen des Forschungsprojekts Strömungssimulationen und entsprechende Validierungsversuche durchgeführt. Im Fokus der Untersuchungen stehen die optimale Durchmischung der Gase für eine effektive Verbrennung sowie die Vermeidung von Prozessstörungen wie beispielsweise Flammenrückbrand oder -rückschlag.
    Jahr: 2021
    Förderung: AiF ZIM
    Laufzeit: 01.04.2021 – 31.03.2023
  • Implementierung eines Monitoringsystems zur Evaluierung der Korrosionsvorgänge an Behältermaterialien in Bentonit-basierten Endlagerkonzepten
    Übergeordnetes Ziel des IMKORB-Projektes ist die Entwicklung eines Monitoringsystems zur Durchführung von fernbestimmten Langzeit-In-situ-Untersuchungen bei Korrosionsexperimenten an Endlagerbehältermaterialien im Kontakt zu Bentonit in einem Untertagelabor. Die Entwicklung wird dabei unterteilt in die Erstellung einer Korrosionskarte zum einen und der Entwicklung einer geeigneten Messtechnik zum anderen. Im Rahmen der Erstellung der Korrosionskarte erfolgt eine detaillierte Charakterisierung der Korrosionsprozesse und der ermittelbaren Messgrößen.
    Jahr: 2021
    Förderung: BMWi/PTK
    Laufzeit: 01.08.2021 – 31.07.2022
  • Entwicklung eines Schneidventils zum Schalten von Suspensionen für das Wasserstrahlschneiden (VentiSus)
    Im Rahmen des vom BMWi geförderten Vorhabens „VentiSus“ wird ein Schneidkopf für das Wasserabrasivsuspensionsstrahlschneiden (WASS) entwickelt, der es ermöglicht den Schneidprozess durch einen Schaltvorgang zu unterbrechen und wieder zu starten ohne den gesamten Druckbehälter über den Schneidkopf leeren zu müssen. Bisher sind Schaltventile lediglich für andere Verfahrensvarianten, wie das Reinwasser- sowie das Wasserabrasivinjektorstrahlschneiden auf dem Markt verfügbar. Dadurch lassen sich verfahrensspezifische Vorteile der WASS Technik nicht auf kommerziell vertriebene Anlagen übertragen.
    Jahr: 2021
    Förderung: BMWI - WIPANO
    Laufzeit: 01.03.2021 - 01.02.2023
  • Untersuchung zum Korrosionsrisiko beim Einsatz von austenitischem Schweißgut zur Vermeidung wasserstoffinduzierter Rissbildung beim nassen Unterwasserschweißen
    Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die Entwicklung des nassen Unterwasserschweißens mit Stabelektroden weiter zu entwickeln. Wie in früheren Studien gezeigt, hat die Zugabe von austenitischen Schweißzusätzen bei umhüllten Stabelektroden die Menge an diffusiblen Wasserstoff und somit auch das Risiko einer Wasserstoffversprödung verringert. Im aktuellen Projekt wird das Korrosionsverhalten durch unterschiedliche mikrostrukturelle Phasen im Stahl beim Unterwasserschweißen untersucht.
    Jahr: 2021
    Förderung: AiF
    Laufzeit: 01.01.2021 - 31.12.2022
  • Automatisierte Spraykühlung von Schmiedebauteilen
    Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer automatisierten und bauteilunabhängigen Luft-Wasser-Spraykühlung im Anschluss an das Schmieden zur Reduzierung des Gesamtenergiebedarfs und der Gesamtprozessdauer. Hierzu wird eine inverse Prozessauslegung der Spraykühlung auf Basis numerischer Simulationen und experimenteller Validierungen der Gefügeumwandlung vorgenommen. Zusätzlich wird mit den Projektpartnern ein adaptives Handling sowie ein berührungsloses Temperaturmesssystem zur besseren Prozesskontrolle entwickelt.
    Jahr: 2021
    Förderung: AiF ZIM
    Laufzeit: 01.03.2021 - 31.08.2023
  • Partikelmodifizierung von Niob-MASC-Legierungen mittels Prozessierung unter Semi-Levitation im Kaltwand-Induktionstiegel
    Niob-MASC Systeme (Metal And Silicide Composites) sind für die Anwendung als Hochtemperaturkomponenten als Alternative zu verbreiteten Nickel‑Basissuperlegierungen interessant. Gemeinsam mit dem ETP (LUH) wird erstmals eine Partikelverstärkung von Nb-MASC-Systemen untersucht. Eine gesteigerte Festigkeit und effizientere Herstellungsroute mittels Kaltwand-Induktionstiegel sollen das Anwendungsfeld von Nb-MASC-Legierungen erweitert sowie die spezifischen Materialeigenschaften verbessern.
    Jahr: 2021
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01.07.2021 - 30.06.2024
  • Entwicklung vielkristalliner zweiphasiger CoNiAl-Formgedächtnislegierungen mit hoher funktioneller Stabilität
    Ziel des Projektes ist das Problem des Korngrenzenversagens in polykristalline Formgedächtnislegierungen zu überwinden. Die Strategie hierzu umfasst ein gezieltes Aufwachsen einer duktilen γ-Phase an den Korngrenzen und die Unterstützung einer reversiblen Umwandlung dieser Phase in ihre Tieftemperaturmodifikation (ε-Phase). Durch anschließende spannungsinduzierte Martensit-(SIM)-Alterung werden feinste folgende Ausscheidungen gebildet, die eine vollständige γ-ε-Umwandlung unterstützen.
    Jahr: 2021
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 04/2021 – 03/2024
  • Neue quinäre und senäre Hochentropie-Formgedächtnislegierungen (HE-FGL) – Erforschung und Nutzung der martensitischen Umwandlung und der Formgedächtniseffekte in chemisch komplexen System
    Die Entwicklung von Hochentropie-Formgedächtnislegierungen verfolgt das Ziel der unerwünschten funktionalen Ermüdung von konventionellen Formgedächtnislegierungen entgegenzuwirken. Hochentropielegierungen bestehen aus mindestens fünf Elementen und sind in äquiatomar oder nahe-äquiatomar zusammengesetzt. Innerhalb der Forschung des IW konnten hier bereits unter mehr als 1500 MPa Last erfolgte Verformungen erfolgreich durch den Formgedächtniseffekt zurückgestellt werden. Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften der Ruhr-Universität Bochum werden innerhalb der Förderphase neue quinäre und senäre Formgedächtnislegierungen entwickelt und hinsichtlich ihrer mechanischen und funktionalen Eigenschaften verbessert. Dies beinhaltete die Verbesserung des Herstellungsverfahrens, sowie die thermo-mechanische Nachbehandlung für eine homogenere Mikrostruktur und höhere Duktilitäten der Werkstoffe. Zudem soll ein Demonstrator hergestellt werden, der unter technisch relevanten Bedingungen getestet wird. Der Fokus im Projekt liegt auf der funktionellen Ermüdung, da sie die Lebensdauer von Formgedächtniskomponenten am stärksten mitbestimmt.
    Jahr: 2021
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01.01.2021 - 31.12.2023
  • HyFunk - Experimentelle und numerische Untersuchungen zu lokal aufschäumbaren Strangpressprofilen für die additive Fertigung von hybriden Funktionsstrukturen
    Leichtbaukonzepte bieten vielversprechende Lösungsansätze für eine ressourceneffiziente und nachhaltige Entwicklung und Fertigung technischer Funktionsstrukturen. Eine erfolgversprechende Leichtbaustrategie liegt hierbei in der Zusammenführung unterschiedlicher Materialien zu integrierten hybriden Strukturen aus Metall, Kunststoff und ggf. Verstärkungsfasern. Durch die gezielte Kombination der spezifischen Materialeigenschaften können funktionsgerechte, gewichtsoptimierte und individualisierte hybride Funktionsstrukturen hergestellt werden.
    Jahr: 2020
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 05/2020-04/2023
  • Entwicklung von Halbzeugen mit optimierten Dämpfungseigenschaften auf Basis von pseudoelastischen eisenbasierten Formgedächtnislegierungen (FGL)
    Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Halbzeugen mit definierten Dämpfungseigenschaften für eine spätere Anwendung in Stützen-Träger-Verbindungen. Für die Untersuchungen soll aufgrund der vielversprechenden Eigenschaften aktueller Forschungsvorhaben die eisenbasierte FGL Fe36Mn8Al8,5Ni verwendet werden. Im Gegensatz zu FGL die auf Ni-Ti-, Cu- oder Co-Ni- basieren, weist Fe36Mn8Al8,5Ni zum Teil deutlich geringere Materialkosten auf und wegen der Analogie zu den bekannten Stahlwerkstoffen kann die bereits etablierte Anlagen und Prozesstechnik verwendet werden. Die bereits an monokristallinem Material erzielten Ergebnisse sollen auf polykristallines Material und praxisnahe Anwendungen überführt werden. Im besonderen Fokus der Untersuchung steht der Schweißprozess und der Einfluss auf die FGL-Eigenschaften mit vor- und nachgelagerter Wärmebehandlung.
    Jahr: 2020
    Förderung: DFG HA 5843/14-1 / und MA 1175/82-1
    Laufzeit: 01.09.2019 – 15.05.2023
  • Untersuchung der Mikromechanismen des elektroplastischen Effekts in Magnesiumlegierungen mittels Elektronenmikroskopie
    Für Magnesiumlegierung ist die Nutzung des elektro-plastische Effektes besonders attraktiv, da hier aufgrund des hexagonal dichtest gepackten Gitters, d.h. der eingeschränkten Zahl der Gleitsysteme, eine schlechte Umformbarkeit bei Raumtemperatur vorliegt. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die Mikromechanismen des elektro-plastischen Effektes am Beispiel von Reinmagnesium und Magnesiumlegierungen mittels elektronenmikroskopischer Methoden grundlegend zu verstehen.
    Jahr: 2020
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2020-12/2022
  • Transdisziplinäre Forschung zur Entsorgung hochradioaktiver Abfälle in Deutschland (TRANSENS)
    Radioaktive Abfälle müssen sicher entsorgt werden. Die sichere Entsorgung ist wissenschaftlich anspruchsvoll und wird in der Gesellschaft kontrovers diskutiert. Eine tragfähige Entsorgungslösung kann nur dann gefunden werden, wenn der Brückenschlag zwischen Gesellschaft und Wissenschaft gelingt. Bei TRANSENS wirken Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die interessierte Öffentlichkeit und weitere Akteure zusammen.
    Jahr: 2019
    Förderung: BMWi und Volkswagenstiftung
    Laufzeit: 01.10.2019 - 30.09.2024

SFB Regeneration

  • SFB871 – C1: „Simulationsbasierte Prozessauslegung spanender Rekonturierungstechnologien“
    Im Teilprojekt C1 („Simulationsbasierte Prozessauslegung spanender Rekonturierungstechnologien“) des SFB871 werden am Beispiel von Triebwerksschaufeln die spanende Rekonturierung und ihr Einfluss auf die Oberflächenqualität sowie die Eigenspannung in der Randzone untersucht. Ziel ist es Bearbeitungsregeln zur gezielten Einstellung der zerspanungsbedingten Bauteilbeeinflussung aufstellen und eine bauteilindividuelle NC-Prozessplanung vorzunehmen.
    Team: Sven Friebe
    Jahr: 2012
    Förderung: DFG-Förderung
    Laufzeit: 01/2014 – 12/2021
  • SFB871-B2: „Geschickte Reparaturzelle“
    Im Teilprojekt B2 („Geschickte Reparaturzelle“) des SFB871 wird die technologiebasierte, spanende Rekonturierung komplexer Investitionsgüter erforscht. Hierzu werden sowohl prozess- als auch maschinentechnologische Grundlagen erarbeitet.
    Jahr: 2011
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2014 – 06/2022