Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Student der TUM verbessert Computersimulation für Autoindustrie: Spannungen in Stahl gegossen

20.01.2009
Spannungen in Metallen führen zu Verformungen und schlimmstenfalls zu Rissen im Material. Betroffen von solchen Eigenspannungen sind vor allem Werkstücke, die aus zwei verschiedenen Metallen bestehen, wie etwa Zylinderlaufbuchsen in Automotoren.

Die Metalle, die wie Ringe umeinander herum gelegt werden, dehnen sich beim Abkühlen nach dem Gießen unterschiedlich aus. Es kommt zu Spannungen zwischen den beiden Stoffen. Eine solche Verbundgussform aus den beiden Metallen Aluminium und Stahl hat zum ersten Mal Uwe Wasmuth an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) in Garching mit Neutronen in-situ während des Abkühlens untersucht.

Mit seinen Ergebnissen begeistert der Doktorand am Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München (TUM) von Prof. Dr. Hartmut Hoffmann auch die Industrie: Wasmuth konnte zeigen, dass ein Computerprogramm, das die Spannungen in Werkstücken aus zwei Metallen simuliert, einen wichtigen Faktor nicht berücksichtigt.

"Das Programm hat die Spannungen drei Mal höher berechnet, als sie dann tatsächlich waren", sagt der gebürtige Rheinland-Pfälzer. Denn die Simulation lässt außer Acht, dass der Aluminiumring in Wasmuths Versuchszylinder sich durch Kriechprozesse noch ein wenig an den härteren und sich geringer zusammenziehenden Stahlkern anpasst.

Die Spannungen ermittelte der Doktorand am Instrument Stress-Spec im FRM II an einem Werkstück, das aus zwei in der Industrie verwendeten Aluminium- und Stahllegierungen besteht. Um den bereits fertigen Stahlkern goss er das 710 °C heiße Aluminium. Neutronen, die auf die Atome der Alu- und Stahllegierungen trafen, maßen die Dehnung beim Abkühlen im Atomgitter und ließen so völlig zerstörungsfrei Rückschlüsse auf die Spannung im gesamten Werkstück zu.

Wasmuth beobachtete mit Hilfe des Stress-Spec, dass Spannungen, die einer Last von bis zu 20 Kilogramm pro Quadratmillimeter entsprechen, erst ab einer Abkühl-Temperatur von 350 °C auftraten. "Das Aluminium zieht sich beim Abkühlen doppelt so stark zusammen wie der Stahl", erklärt der 30-Jährige die Ursache der Spannungen. Sichtbar werden diese enormen Kräfte lediglich durch wenige Hundertstel Millimeter, um die sich die Stahlhülse beim Abkühlen verformt.

Der Gießereiindustrie hat Uwe Wasmuth die Ergebnisse seiner Neutronenmessungen am FRM II schon mehrfach vorgestellt. Nun ist das Interesse groß, ein verallgemeinertes Computer-Modell für den Kriechprozess zu finden, der die Spannungen zwischen den Metallen abschwächt. Denn nur mit genauen Computer-Simulationen, die auch temperaturabhängige Kriechprozesse berücksichtigen, lassen sich die Spannungen in Werkstücken exakt vorhersagen und somit Risse vermeiden.

Der Wissenschaftliche Direktor der Neutronenquelle, Prof. Dr. Winfried Petry, und Zweitprüfer von Wasmuth ist begeistert von der praxisorientierten Doktorarbeit: "Das ist ein sehr schönes Beispiel dafür, dass es selbst für ein so großes Bauteil wie einen Zylinderblock darauf ankommt, wie die einzelnen Atome sich anordnen. Und es belegt den Standortvorteil Deutschland: Wo sonst gibt es solch exzellente Forschungsmöglichkeiten für unsere Industrie?"

Uwe Wasmuth hat mit Hilfe eines Sonderparagraphen in der TUM-Promotionsordnung seine Doktorarbeit begonnen. Seit 2001 bietet die TUM den zehn Prozent besten Fachhochschulabsolventen ihres Faches die Möglichkeit einer Doktorarbeit an. Seitdem streben immer mehr Kandidaten den Doktorgrad an der TUM an. Sie kommen aus dem gesamten Bundesgebiet. Nach seinem überdurchschnittlich guten Fachhochschulabschluss an der FH Aachen musste Wasmuth an der TUM nur noch ein paar Prüfungen nachholen, um zur Doktorarbeit zugelassen zu werden.

Wasmuth beantragt nun Förderungen der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), um ein Nachfolgeprojekt am TUM-Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen sowie an der Neutronenquelle FRM II für seine Verbundgussforschungen zu finanzieren. Dieses soll mehrere, verschiedene Verbundwerkstücke mit Neutronen untersuchen, um die Computer-Simulation für Eigenspannungen auf breitere Füße zu stellen und noch zu verfeinern.

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. (FH) Uwe Wasmuth
Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen
Technische Universität München
Walther-Meißner-Straße
85747 Garching
Tel: +49.89.289.14539
Email: uw@utg.de
Andrea Voit
Pressereferentin
Technische Universität München
Forschungs-Neutronenquelle FRM II
Lichtenbergstr. 1
85748 Garching
Tel: +49.89.289.121 41
Fax: +49.89.289.14 911
Email: andrea.voit@frm2.tum.de

Dr. Ulrich Marsch | idw
Weitere Informationen:
http://portal.mytum.de/welcome

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Automotive:

nachricht Leuchtende Mikropartikel unter Extrembedingungen
28.02.2017 | Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

nachricht IHP-Forschungsteam verbessert Zuverlässigkeit beim automatisierten Fahren
22.02.2017 | IHP - Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Automotive >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI mit neuesten VR-Technologien auf der NAB in Las Vegas

24.04.2017 | Messenachrichten

Leichtbau serientauglich machen

24.04.2017 | Maschinenbau

Daten vom Kühlgerät in die Cloud

24.04.2017 | HANNOVER MESSE