Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Physiker der TU München weisen gefährliche innere Spannungen in großen Verdichtern nach

28.07.2008
Verdichterräder in Turbinen müssen einiges aushalten: Sie bringen große Mengen an Gasen oder Flüssigkeiten auf hohen Druck, und gleichzeitig zerren an ihnen extreme Fliehkräfte.

Bricht ein Verdichterrad infolge Materialermüdung, kann dies die gesamte Turbine zerstören. Für die Hersteller ist es daher von großem Interesse, Belastungsgrenzen von Bauteilen voraus berechnen zu können.

Allerdings müssen die Ergebnisse solcher Berechnungen auch in der Realität geprüft werden. Ein solches Prüfverfahren haben nun Physiker an der Forschungsneutronenquelle FRM II der TU München entwickelt. Mit ihrem Instrument STRESS-SPEC können sie auch tief in großen Bauteilen versteckte, innere Spannungen nachweisen.

Auf der Suche nach wirtschaftlichen und Energie effizienten Werkstoffen, Designs und Verfahren entwickeln Wissenschaft und Technik immer bessere Materialien und Hochleistungskomponenten. Auch die Leistungspotenziale bereits im Einsatz befindlicher Materialien werden weiter ausgereizt. Die direkte, zerstörungsfreie Untersuchung der bei Herstellung und Weiterverarbeitung entstehenden inneren Strukturen ist dabei von entscheidender Bedeutung. "Viele Methoden der Materialforschung schauen nur auf die Oberfläche," sagt Winfried Petry, wissenschaftlicher Direktor der Neutronenquelle FRM II der TU München. "Mit der Neutronenstreuung haben wir ein Instrument, auch tief ins Innere von Materialien zu schauen. Die daraus erwachsenden Erkenntnisse sind von enormer wirtschaftlicher Bedeutung."

... mehr zu:
»FRM »Physik »STRESS-SPEC

Ausgangspunkt der Untersuchung von Verdichtern war ein Streit zwischen Theoretikern und Ingenieuren: Ein Turbinenhersteller hatte die mathematische Modellierung des Herstellungsprozesses für große Verdichterräder in Auftrag gegeben. Diese werden aus einem fast 300 kg schweren Metallrohling heraus gefräst. Bei ihrer Simulation fiel den Theoretikern auf, dass der Herstellungsprozess im Inneren des Blocks erhebliche mechanische Spannungen verursachen müsste. Solche inneren Spannungen können zu Materialermüdung und Rissbildung führen, dem vorzeitigen Ende des Bauteils. Die Ingenieure glaubten nicht an die Existenz solcher Spannungen. Leider gab es keine Methode, mit der der Streit hätte entschieden werden können - bis das Unternehmen auf das Untersuchungsinstrument STRESS-SPEC des FRM II aufmerksam wurde.

Für die Wissenschaftler des FRM II stellte der Auftrag eine erhebliche Herausforderung dar: Nie zuvor war ein so großes Bauteil vermessen worden. Der Messplatz musste extra umgebaut werden, um ein so großes Bauteil vor dem Neutronenstrahl auf den Mikrometer exakt positionieren und für Messreihen definiert verschieben zu können. Doch dann konnte Michael Hofmann, Physiker der TU München und Leiter des Instruments STRESS-SPEC, mit seinem Team den Streit schnell beenden: Eindeutig zeigten die Messungen, dass im Inneren des Bauteils erhebliche mechanische Spannungen vorhanden waren. Die Theoretiker hatten also Recht gehabt. Nun sind die Ingenieure dabei, den Herstellungsprozess so verändern, dass keine oder nur minimale Spannungen entstehen. Dies erhöht die Lebensdauer des Bauteils und damit die Wirtschaftlichkeit weil die Intervalle zwischen den kostenintensiven Wartungspausen verlängert werden können.

Die Neutronenstrahl-Experimente der Physiker haben aber noch einen viel weiter reichenden Effekt: Mit ihren Messungen bestätigen sie die Modelle der Materialwissenschaftler. Diese können ihre Methoden mit den Messdaten nun weiter verfeinern und auf andere Werkstücke und Materialien übertragen. "Wir betreiben hier hoch aktuelle Grundlagenforschung," bestätigt Michael Hofmann. "Wenn die Modelle sehr realitätsnah sind, dann spart die computergestützte Materialwissenschaft massiv Entwicklungskosten ein, denn am Computer-Modell können viele Variationen in kurzer Zeit durchgespielt werden. Den Realitätstest liefern wir mit unserem Neutronen-Diffraktometer STRESS-SPEC."

Nur mit Neutronen können die Wissenschaftler die Spannungen tief im Inneren massiver Bauteile aufspüren: Da sie nicht elektrisch geladen sind, fliegen die Winzlinge durch viele Materialien so ungehindert hindurch, wie Lichtteilchen durch Glas. Nur ab und zu stößt ein Neutron mit einem Atomkern des Materials zusammen, verliert etwas Energie und wird aus der Bahn geworfen. Die Richtungsänderung und der Energieverlust sagen viel über den Unfallgegner und die nähere Umgebung des Unfallortes aus. Spannungen verraten sich dadurch, dass die Atome um einen kleinen Betrag aus ihrer Idealposition heraus gezogen sind. "Mit unserer Messgenauigkeit sind wir hier schon im Picometer-Bereich, also noch mal um einen Faktor 1000 kleiner als ein Nanometer," erläutert Prof. Winfried Petry, wissenschaftlicher Direktor der Neutronenquelle.

Dr. Ulrich Marsch | idw
Weitere Informationen:
http://www.frm2.tum.de

Weitere Berichte zu: FRM Physik STRESS-SPEC

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

nachricht Seltene Erden: Wasserabweisend erst durch Altern
22.03.2017 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Besser lernen dank Zink?

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen