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

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

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

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 = -273.15 °C) auf. Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926) 1913: Nobelpreis für Physik

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

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

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“

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!

Hochtemperatur-Supraleiter Herstellungsroute ähnlich einer Keramik Ausgangssubstanzen: Yttrium-Oxid Bariumcarbonat Kupfer-Oxid Vermischen & Glühen @900°C Reaktionsgleichung: Y2O3 + BaCO3 + CuO YBa2Cu3O6 + 6 CO2 + O2 Mahlen, Pressen & Sintern

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

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.

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

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Trend: Werkstoffmix Werkstoffvielfalt am Beispiel Audi A6

Trend: Werkstoffmix Werkstoffvielfalt am Beispiel Opel Signum

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

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

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

Die Innovation für den Automobilbau: Presshärtende Stähle Indirekte Warmumformung: Der voestalpine-PHS Prozess 3. Erwärmen 4. Formhärten 1. Platinen schneiden 2. Kaltumformen 5. Oberflächen - 6. Qualitätskontrolle konditionierung

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

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

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

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

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

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

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