Innovationskonzept mit Beteiligung der Universität

Rund ums Aluminium

Alles aus einem Guss – Aluminium bis zur Perfektion. Um diese Vision umzusetzen verteidigten führende Vertreter der Wirtschaft und der Wissenschaft aus dem MAHREG-Verbund als Bündnis AL-CAST erfolgreich ein Innovationskonzept mit Förderprojekten beim Bundesministerium für Bildung und Forschung (Uni-Report 11/2005). Die Förderung läuft bis zum Jahr 2008 und bringt ca. 10 Mio. Euro. Auf das Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung (IFQ) entfallen etwa eine, auf das Institut für Werkstofftechnik und Werkstoffprüfung (IWW) eine halbe Million Euro.

Produktentwicklungskette

Der Kernpunkt des Bündniskonzeptes, die gesamte Produktentwicklungskette von Erzeugnissen mit oder aus gegossenen Aluminiumbauteilen, wird mit folgenden Verbund- und Einzelprojekten konsolidiert: Verbundprojekt Entwicklung und Herstellung von Powertrainbauteilen, Verbundprojekt Entwicklung und Herstellung von Strukturbauteilen, Verbundprojekt Objektivierte zerstörungsfreie Prüfung von Al-Gussteilen – OPAL, Verbundprojekt Dauerformwerkzeuge, Einzelprojekt Verfahrensspezifische Legierungsentwicklung für hochbelastbare Al-Komponenten, Einzelprojekt Entwicklung einer Methodik für eine anforderungs-, werkstoff- und fertigungsgerechte Gussteilgestaltung zur Verkürzung der virtuellen Produktentwicklung.

Im Verbundprojekt Grundlagenuntersuchungen zu gradiert verstärkten Aluminium-Bauteilen für Hochleistungsdieselmotore der Abgasstufe EU 5 wirkt das IFQ mit. Ziele dieses Projektes sind die Klärung der Phänomene bei der Bildung einer gradierten Schicht zwischen verstärkter Legierung und konventioneller Aluminium-Legierung, der Aufbau der Materialstrukturen der Gradientenwerkstoffe im mikroskaligen Bereich mit erhöhter Reproduzierbarkeit und mikro-mechanismus-orientierte Einschätzung ihres Verhaltens, ein mathematisches Modell zur Berechnung der Eigenschaften derartiger Gradientenwerkstoffe und Erkenntnisse zur Verarbeitung derartiger Gradientenwerkstoffe.

Lebensdauerprognosen

Auch am Verbundprojekt Theoretisches Konzept zur Ermittlung von dynamischen Festigkeitskennwerten für die Lebensdauerprognose von Gussbauteilen ist das IFQ beteiligt. Im Mittelpunkt steht ein theoretisches Konzept zur Berechnung von dynamischen Festigkeitskennwerten in Abhängigkeit vom sich ausbildenden (durch Gießprozess, Wärmebehandlung) lokal unterschiedlichen Gefügezustand (Dendritenarmabstand, Porositäten) und von den mechanischen Eigenschaften, die Ableitung eines Berechnungsmodells und die Implementierung (Programmierung, Verifikation, Erprobung) in ein Simulationssystem und damit die Schaffung der Voraussetzungen zur Prognose der Lebensdauer aus den Ergebnissen einer Simulation.

Das IWW arbeitet mit im Verbundprojekt Neue Verfahren zur objektiven Randschichtprüfung von Aluminiumguss. Auf der Basis bewegter elektromagnetischer und elastomechanischer Felder soll die Randschicht des Gussteiles zerstörungsfrei charakterisiert werden. Dazu gehört unter anderem die Detektion offener und verdeckter Fehlstellen, die die Bauteilfunktion beeinträchtigen können. Die On-line-Fähigkeit der Prüfverfahren schafft die Voraussetzung zur Rückkopplung auf den Herstellungsprozess und ist somit eine wesentliche Grundlage zur werkstoffbezogenen Qualitätssicherung.

Ziel des Einzelprojektes Entwicklung einer Methodik für eine anforderungs-, werkstoff- und fertigungsgerechte Gussteilgestaltung zur Verkürzung der virtuellen Produktentwicklung, in dem das IFQ vertreten ist, ist die Schaffung der Voraussetzungen sowie der notwendigen Schnittstellen für die Einbeziehung der Fertigungssimulation in die festigkeitsorientierte Topologieoptimierung. Erreicht werden soll eine Verkürzung der virtuellen Produktentwicklung unter Berücksichtigung von werkstoff- und fertigungsrelevanten Aspekten und die Integration der Berechnung der mechanischen Eigenschaften in den frühen Phasen der virtuellen Bauteilentwicklung.

Automobilindustrie

Strategische Marktzielgruppe des Bündnisses AL-CAST ist in der ersten Phase die Automobilindustrie (OEMs – Original Equipment Manufacturer) mit ihren Zulieferern. In späteren Phasen werden die Märkte der Luft- und Raumfahrt, Schienenfahrzeuge, Consumer und Sportgeräte erschlossen.

Die OEMs erwarten von ihren Zulieferern, dass die Machbarkeitsgrenzen für Gussteile als Synonym für Produkte mit höchster gestalterischer Innovationsfähigkeit hin zu noch komplexeren Strukturen, noch leistungsfähigeren Werkstoffen, noch produktiveren Fertigungsverfahren hinausgeschoben werden. Das Bündnis AL-CAST kann nach erfolgreicher Umsetzung seines Innovationskonzeptes diesen Erwartungen gerecht werden. Es entwickelt sich damit zu einem leistungsfähigen „Full-Service-Supplier".

Prof. Dr. Rüdiger Bähr, Prof. Dr. Gerhard Mook, Uwe Richter, Dr. Jürgen Ude