Ego-Vortrag RT15 Linz im Oktober 2006

Präsentation zum Thema: "Ego-Vortrag RT15 Linz im Oktober 2006"—  Präsentation transkript:

1 Ego-Vortrag RT15 Linz im Oktober 2006
Innovationen… Ego-Vortrag RT15 Linz im Oktober 2006

2 Innovationen: Was gibt es Neues?
Supraleitung  Widerstand ist zwecklos Presshärtende Stähle  Stahl ist ein „Kunst-Stoff“

3 Supraleitung: Widerstand ist zwecklos
Die Entdeckung: Ist schon ein Weilchen her…. Super? SupraWie? Supraleitung: What‘s that? Ein Schritt in „wärmere“ Gefielde  Hochtemperatur-Supraleitung Herstellung & Anwendung: Alles nur Keramik

4 Supraleitung Im Prinzip gar nicht mal so neu!
Entdeckung der Supraleitung 1911 durch den Holländer Kammerlingh Onnes am Element Quecksilber Supraleitung tritt in gewöhnlichen Metallen (Hg, Pb, Nb, Al, ..) Legierungen (Nb3Sn ...), Oxiden Anorg. & organischen Verbind. in der Nähe des absoluten Temperatur - Nullpunkts (0 K = °C) auf. Heike Kamerlingh Onnes ( ) 1913: Nobelpreis für Physik

5 Supraleitung Jetzt will ich‘s genau wissen!
Der Zustand der Supraleitung wird durch zwei Eigenschaften eindeutig festgelegt: Sprungartiger Abfall des elektrischen Widerstands bei der für jeden Supraleiter typischen Sprungtemperatur Tc Verdrängung eines äußeren Magnetfeldes (Meissner-Effekt) Bei Tc verschwindet der elektrische Widerstand Im supraleitenden Zustand wird ein äußeres Magnetfeld verdrängt

6 Supraleitung Auch hier gibt’s unterschiedliche „Typen“
Durch ihr Verhalten im Magnetfeld lasses sich aber zwei unterschiedliche Arten von Supraleitern unterscheiden: Supraleiter aus reinen Elementen Beschränkter Nutzen, da sie kaum äußere Magnetfelder aushalten Verdrängt Magnetfeld nicht komplett Großer Nutzen, da sie sehr viel höhere Magnetfelder widerstehen

7 Supraleitung Jetzt will ich‘s genau wissen!
Der Meissner-Effekt: Eine anschauliche Illustration Typ II Supraleiter (schwarz) Magnet (silber) Typ II Supraleiter verdrängt Magnetfeld nicht komplett Magentische Flusslinien werden im Supraleiter „verankert“

8 Jetzt wird’s deutlich wärmer! Hochtemperatur-Supraleitung
1986: Folgenschwere Entdeckung von Dr. J. Bednorz und Prof. Dr. K. Müller auf der Suche nach Supraleitern mit höherer Sprungtemperatur Keramische Verbindung aus La, Ba, Cu und Sauerstoff 1987: Nobelpreis an Bednorz und Müller für diese Entdeckung  Kühlung jetzt mit flüssigem Stickstoff möglich!

9 Hochtemperatur-Supraleiter Herstellungsroute ähnlich einer Keramik
Ausgangssubstanzen: Yttrium-Oxid Bariumcarbonat Kupfer-Oxid Vermischen & Reaktionsgleichung: Y2O3 + BaCO3 + CuO YBa2Cu3O6 + 6 CO2 + O2 Mahlen, Pressen & Sintern

10 Supraleiter Bestehende und mögliche Anwendungen
Magnetschwebebahn á la Trans-Rapid Derzeit: Schweben wird mit Kupferspulen und einem Magneten realisiert Zukunft: TU Dresden arbeiten an einem Konzept „SupraTrans“ auf Basis eines Supraleiters

11 Supraleiter Bestehende und mögliche Anwendungen
Energietechnik Kabel (Pirelli GmbH, American Superconductors …) Absenkung der Übertragungsverluste Bei gleichem Durchmesser lässt sich mehr als die 3fache elektrische Leistung übertragen. 2007 supraleitendes Kabel vom Festland nach Long Island! Generatoren, Motoren… (von Siemens realisiert) Verluste sinken drastisch; Reduzieren des Bauvolumens auf die Hälfte Transformatoren mit supraleitenden Wicklungen bieten höhere Leistung bei geringerem Gewicht. Einsatz z.B. bei Bahnen, um das Gewicht der Lokomotiven zu verringern.

12 Supraleiter Bestehende und mögliche Anwendungen
Telekommunikation Verlustarme Leitungen Frequenzfilter höchster Güten Werden bereits in US in Basisstationen der mobilen Kommunikationstechnik, Satelliten usw. eingesetzt Elektronik Rauscharme Schaltkreise Miniaturisierte Bauelemente Taktfrequenzen in einigen 100 GHz realisierbar

13 Supraleiter Bestehende und mögliche Anwendungen
Medizintechnik Kernspin-Tomografie Aus der technischen Diagnostik nicht mehr wegzudenken Supraleitende Magnete bilden dabei die grundlegende technische Voraussetzung. Kühlung mit flüssigem Helium (-269 °C) Sensoren zur Erfassung geringster Magnetfelder durch Aktivitäten von Herz bzw. Gehirn Sensitivität: 10-9 Tesla (vgl. Erdmagnetfeld 10-4 Tesla)

14 Themenwechsel Von – 269°C auf weit über 1000°C

15 Stahl ist ein „Kunst-Stoff“
Werkstoffentwicklung Ein Überblick Latest Technology: Presshärtende Stähle  Jetzt wird’s richtig heiß

16 Anforderungen liefern Innovationen
Anforderungen an die Karosse bzw. den Werkstoff bedingen die Weiterentwicklung des attraktiven Werkstoffs Stahl Anforderung an die Karosserie Anforderung an den Werkstoff

17 „Einstellbarkeit“ des Werkstoffes Stahl
Bei der Stahlherstellung bestimmt der Kohlenstoffgehalt wesentlich die Kristallstruktur des Eisens

18 Was bestimmt das mechanische Eigenschaftsspektrum von Werkstoffen wie Stahl?
In metallischen Werkstoffen sind die Atome in einer Gitterstruktur regelmäßig angeordnet Aber nobody is perfect: Ein metallischer Werkstoff besteht nicht aus einem perfekten Kristall, sondern aus Vielen kleinen Kristallen und Beinhaltet viele Imperfektionen Diese Imperfektionen bestimmen ganz wesentlich die Eigenschaften und sind daher gezielt einzustellen und zu kontrollieren

19 Imperfektionen im Werkstoff Stahl
Der Verbund der einzelnen Kristalle bildet das Gefüge

20 Der Ausgang: Weichstähle
Weichstähle zeichnen sich durch ein hohen Umformvermögen aus (Tiefziehstähle)

21 Weiterentwicklung der 90-Jahre: Weichstähle mit besten Umformeigenschaften
IF-Stähle: DX53D, DX54D …

22 Weiterentwicklung der 90-Jahre Konventionelle Höherfeste Stähle
Antwort der Stahlindustrie auf die damalige Audi Karosse aus Aluminium  Erhöhung der Zugfestigkeit von Stahl mit dem Ziel der Gewichtsreduktion der Karosserie

23 Was erwartet die Automobilindustrie von der Stahlindustrie?
Wohin der Weg führt: Noch fester & dehnbarer

24 Die jetzige Weiterentwicklung: Multiphasenstähle
Durch Beimischen von Legierungselementen und gezielte Wärmebehandlungen kann das Gefüge beeinflusst und eingestellt werden.

25 Anwendung höchstfester Stähle
Typische Bauteile der Karosserie sind z.B. Verstärkungsprofile B-Säule Tunnel

26 Trend: Werkstoffmix Werkstoffvielfalt am Beispiel Audi A6

27 Trend: Werkstoffmix Werkstoffvielfalt am Beispiel Opel Signum

28 Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle
Gezielte Wärmebehandlung ermöglicht eine 6-fachen Festigkeitsanstieg gegenüber konventionellen Stählen!

29 Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle
Warum gerade Presshärtende Stähle? … Sicherheit Hohe Festigkeit wichtig für Crash-relevante Bauteile, z.B. Seitenaufprallträger … Leichtbau … Einsparung im Gewicht der Karosserie ermöglicht auch Treibstoffreduktion

30 Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle
Festigkeitsniveaus von 1500 MPa und darüber darstellbar (6 x so fest wie Weichstähle) An einem 3mm dicken Draht aus diesem Stahl, kann man ein Auto aufhängen!! jüngste Seitencrashanforderungen können – bei geringen Blechdicken – erfüllt werden  hohe Karosseriesteifigkeiten Keine Rückfederung hohe Stabilität der Geometrie der Bauteile Komplexe Geometrien bei hohen Festigkeiten darstellbar Reduktion der Anzahl der Bauteile möglich

31 Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle
Indirekte Warmumformung: Der voestalpine-PHS Prozess 3. Erwärmen Formhärten 1. Platinen schneiden Kaltumformen 5. Oberflächen Qualitätskontrolle konditionierung

32 Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle
Indirekte Warmumformung oder das Formhärten im Detail Erwärmen auf 900°C im Durchlaufofen Bauteile werden zuerst im kalten Zustand tiefgezogen Formhärten des heißen Bauteils in eigener Presse mit Abkühl-geschwindigkeiten bis 300°C/sek

33 Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle
Anlage zum Formhärten bei VW in Kassel

34 Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle
Anlage zum Formhärten bei VW in Kassel

35 Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle
Weiterer USP: Zink-Beschichtung mit kathodischem Korrosionsschutz Problem beim Erwärmen des Werkstoffs auf 900°C: Zink wird bei 440°C flüssig und verdampft bei 907°C Lösung: Man gebe ein wenig Aluminium in die Beschichtung, was beim Erwärmen zu einer Aluminium-Oxid Schicht an der Oberseite führt und somit ein Abdampfen von Zink verhindert! Stahl Zinkschicht ZnO Zn Zinkoxidation Fe Stahl PHS: HT1500PS Z 200, 1,3 mm, 900°C/5min Eisen-Zink Schicht

36 Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle
Volvo XC90: ca. 28 kg der Karosserie aus PHS (Gewichtsersparnis 15 kg/Karosse)

37 Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle
VW-Passat: ca. 45 kg der Karosserie aus PHS HT1500PS Original Bauteil aus voestalpine Werkstoff ultraform

38 Die wichtigsten Innovationen …
… sind jene, die das Denken verändern . Noch Fragen?