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

  • 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
  • Prüfkonzept zur Detektion von rissbehafteten Schweißnähten an Offs-hore-Strukturen unterhalb der Wasserlinie
    Mit dem übergeordneten Ziel der Energiewende ist zum langfristigen Betrieb von Offshore-Windenergieanlagen eine effiziente Zustandserfassung der Unterwasser-Gründungsstrukturen erforderlich. Definierte Aussagen über Fehlerlage und –Größe ermöglichen erst eine ressourceneffiziente Instandsetzung. Ziel ist daher die Entwicklung eines einheitlichen Prüfkonzepts zur empfindlichen Detektion von rissbehafteten Schweißnähten in allen Tiefenlagen an Offshore-Strukturen unterhalb der Wasserlinie. Die Realisierung erfolgt über eine Kombination aus der oberflächensensitiven Wirbelstrom- und der tiefensensitistiven Phased-Array-Ultraschallprüfung, integriert in einen für den Unterwassereinsatz geeigneten Prüfkopf. Innerhalb der Untersuchungen werden insbesondere das Detektionsvermögen und die Fehlerentdeckungswahrscheinlichkeit untersucht und bewertet.
    Jahr: 2020
    Förderung: AiF-IGF
    Laufzeit: 01.01.2020 – 31.12.2021
  • Antriebsstrang 2025: Energieeffiziente Prozessketten zur Herstellung eines reibungs- gewichts- und lebensdaueroptimierten Antriebsstrangs
    Im Projekt Antriebsstrang 2025 werden innovative Prozessketten und hybride Werkzeugkonzepte entwickelt, welche die Herstellungs- und Nutzungsphase von Antriebskomponenten energie- und ressourceneffizienter gestalten. Anschließend erfolgt eine ökologische Bewertung und eventuelle Anpassung der entwickelten Prozessketten anhand von Online-Daten. Ziel ist es, die Energie- und Ressourceneffizienz in der Herstellung und Nutzung der Antriebskomponenten zu erhöhen und somit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.
    Jahr: 2019
    Förderung: BMWi
    Laufzeit: 09/2018 - 08/2021
  • Induktionswärmetechnik als praxisrelevantes Vor- und Nachbehandlungsverfahren zur Verbesserung der Schweißnahtqualität beim Unterwasserschweißen von Feinkornstählen mit erhöhtem Kohlenstoffäquivalent
    Ziel des Forschungsprojektes ist die Erarbeitung einer effektiven Alternative zur aufwändigen Temper-Bead-Technik, um höherfeste Stähle und Feinkornbaustähle mit einem Kohlenstoffäquivalent von CEV > 0,4 hyperbar nass schweißbar zu machen. Dabei sollen der Wasserstoffgehalt und das Gefüge kontrollierbar werden.
    Jahr: 2019
    Förderung: AiF
    Laufzeit: 01.07.2018 - 30.06.2020
  • Entwicklung eines 3D-Modells zur Beschreibung der Mikrostrukturentwicklung in Nickelbasis-Superlegierungen bei starker thermo-mechanischer und thermo-chemischer Kopplung
    In Kooperation mit dem Institut für Kontinuumsmechanik (IKM) soll ein Modell entwickelt werden, das das Verhalten der Mikrostruktur von Nickelbasis-Superlegierungen bei Kriechbelastung beschreibt. Es werden Kriechversuche durchgeführt und die Änderungen der Mikrostruktur mittels DIC (Digital Image Correlation) und Orientierungsmessungen verfolgt, welche sowohl im Rasterelektronenmikroskop, als auch dreidimensional im Röntgenmikroskop (mit DCT, Diffraction Contrast Tomography) durchgeführt werden.
    Jahr: 2019
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2019-12/2020
  • Wirkmechanismen von Nanopartikeln als neuartige Kornfeiner für thermomechanisch hoch beanspruchte Aluminiumgussbauteile
    Ziel des Forschungsvorhabens ist die gezielte Untersuchung des Einsatzes von Nanopartikeln unterschiedlicher Größe und Zusammensetzung als Kornfeiner bei siliziumhaltigen Al-Gusslegierungen, sowie die quantitative und qualitative Bewertung der Auswirkung der kornfeinenden Wirkung auf das Gefüge und die thermomechanischen Eigenschaften.
    Jahr: 2018
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 05/2017 – 04/2020
  • Aluminiumlegierungen mit angepasstem Schmelzintervall für das prozessintegrierte Ausschäumen beim Strangpressen
    Ziel dieses Projekts ist es, die Grundlagen zum direkten Ausschäumen von Hohlstrukturen aus Al-Legierungen mittels Verbundstrangpressen zu erarbeiten. Der außenliegende strukturgebende Konstruktionswerkstoff übernimmt hierbei die Krafteinleitung, den Korrosionsschutz sowie Zugkräfte, während der innenliegende Schaumwerkstoff die Biegesteifigkeit, Dämpfungseigenschaften und Energieabsorption erhöht. Solche stranggepressten, ausgeschäumten Strukturen können z. B. vorteilhaft im Automobilbau als Crashprofile eingesetzt werden. Prozessintegriert ausgeschäumte Strukturen bzw. Schaumstrukturen mit dichter Decklage werden, ungeachtet ihres besonderen Eigenschaftsspektrums, bisher noch nicht industriell in Großserie eingesetzt. Dies ist zum einen der begrenzten Gestaltungsfreiheit bei der Herstellung ausgeschäumter Bauteile mit dichten Decklagen geschuldet, andererseits werden bei der Herstellung bisher aufwändige Zusatzoperationen wie zusätzliche Schäum-, Manipulations- und Verbindungsprozesse benötigt.
    Jahr: 2018
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 05/2017-05/2020
  • Präzisionsschmieden gegossener Vorformen
    Die Technologie des Schmiedens von gegossenen Vorformen (Gieß-Schmieden) stellt eine Alternative zur konventionellen Herstellung von Stahlbauteilen mit komplexen Geometrien dar. Hauptziel der geplanten Untersuchungen ist die Gewinnung von Erkenntnissen über die Entwicklung der mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften des Gefüges der Gussvorform während der Umformung und die Identifizierung von geeigneten Prozessparametern.
    Jahr: 2018
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 10/2018-12/2020
  • Microstructure-Functional Behavior-Relationships in High Entropy Shape Memory Alloys
    Um die Funktionalität und das Ermüdungsverhalten von Formgedächtnislegierungen zu verbessern werden hochtropische Formgedächtnislegierungen mit equiatomarer Zusammensetzung entwickelt. Diese sollen martensitische Umwandlungen in hohen Temperaturregimen ermöglichen und eine hohe Reversibilität aufweisen. Hierfür wird ein grundlegendes Verständnis über Ausscheidungen innerhalb der Mikrostrukturen solcher Legierungen und ihr Verhalten auf äußere Lasten sowie Wärmebehandlungen gebildet.
    Jahr: 2018
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2018-12/2020
  • Ganzheitliche Modellierung des Kurzzeitanlassens im Prozess des induktiven Randschichthärtens
    Durch das induktive Kurzzeitanlassen ist eine Flexibilisierung bestehender Prozessketten des Induktionshärtens bei gleichbleibender Produkt- und Prozessqualität realisierbar. Durch die im Vorhaben untersuchte nummerische Prozessauslegung kann der experimentelle Aufwand zur Ermittlung von werkstoff- und geometriespezifischen Induktionsanlassparametern deutlich reduziert und somit die Attraktivität dieser innovativen Anlasstechnologie gesteigert werden.
    Jahr: 2018
    Förderung: AiF-FOSTA
    Laufzeit: 03/2018-08/2020
  • Tailored Tempering von 7xxx-Aluminiumlegierungen
    Ziel des Projekts „Tailored Tempering“ ist die Entwicklung einer maßgeschneiderten Wärmebehandlung zur Erzeugung belastungsangepasster Bauteile für den Karosseriebau aus hochfesten Aluminiumlegierungen der 7xxx-Reihe. Duktile und hochfeste Bereiche in einem Bauteil werden mit einer stufigen Wasser-Luft-Sprayabkühlung des Bleches vor dem Tiefziehen im W-Zustand und anschließendem Warmauslagern erzeugt. Projektbegleitend werden mechanische und Spannungsrisskorrosionsuntersuchungen durchgeführt.
    Jahr: 2018
    Förderung: AiF-FOSTA
    Laufzeit: 09/2018-08/2020
  • SPP 2006 CCA-HEA – Teilprojekt 5: Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Mikrostruktur und funktionaler Ermüdung in Hochentropie-Formgedächtnislegierungen
    Hochentropie-Formgedächtnislegierungen stellen eine neue, faszinierende Gruppe von funktionalen Materialien dar, die in den verschiedensten Bereichen genutzt werden können. Sie zeigen beispielsweise eine reversible martensitische Transformation bei Temperaturen von über 100°C. Bisher ist allerdings noch wenig über das Vielkomponenten-Material und insbesondere dessen Verhalten während der martensitischen Transformation bekannt. Aus diesem Grund sollen die funktionalen und mechanischen Eigenschaften sowie die Werkstoffermüdung der neuen Legierungen im Rahmen dieses Projektes untersucht werden. Besonderes Augenmerk wird dabei auf den Zusammenhang zwischen lokalen mikrostrukturellen Eigenschaften und makroskopischem Verhalten gelegt.
    Jahr: 2017
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 10/2017 – 09/2020
  • Erhöhung der Verschleißbeständigkeit von Schmiedewerkzeugen durch Einsatz eines intelligenten Warmarbeitsstahls in Kombination mit einer werkstoffspezifisch angepassten Nitrierbehandlung
    Am Warmarbeitsstahl 1.2365 mit einem zusätzlichen Masseanteil von 2% Mangan und 1,5% Nickel wird die Austenitstarttemperatur (Ac1b- Temperatur) gezielt gesenkt, sodass während des Schmiedeprozesses infolge der thermomechanischen Bedingungen eine wiederkehrende zyklische Randschichthärtung gebildet wird (siehe Bild 1). An thermomechanisch geringer belasteten Bereichen, an denen keine Neuhärtung eintritt, trägt die Nitrierschicht zum Verschleißschutz des Schmiedewerkzeugs bei.
    Jahr: 2017
    Förderung: AiF-FOSTA
    Laufzeit: 10/2017-06/2020
  • Steigerung technologischer Eigenschaften durch Kryobehandlung von Werkzeugstählen „Nanocarbide“
    Bei der Wärmebehandlung von hochlegierten Werkzeugstählen ist die Kryobehandlung, d.h. das Herunterkühlen des Werkstücks auf die Temperatur des flüssigen Stickstoffs, eine Zusatzbehandlung in der Wärmebehandlungskette Vergüten, mit der die Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit von Stählen verbessert werden kann. Durch die Anwendung einer Kryobehandlung wird zum einen Restaustenit in Martensit umgewandelt und zum anderen eine homogenere Verteilung von Karbiden erzielt.
    Jahr: 2017
    Förderung: AiF-FOSTA
    Laufzeit: 01/2017-06/2020

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 – 12/2021