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09. Dezember 2018

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Von der Materie zur Maschine

Von der Materie zur Maschine© Bilderbox.com

Und von der Innovation zum Markt. Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit Materialforschung bei metallischen Werkstoffen für die Industrie. Unterstützt wird es vom Wirtschaftsministerium sowie den Industriepartnern voestalpine, Neuman Aluminium und Stahl Judenburg.

Es ist eine Herausforderung, die in vielen Industriebereichen immer wieder eine wichtige Rolle spielt: Man benötigt metallische Werkstoffe, die extremen mechanischen Belastungen standhalten oder unter korrosiven Umwelteinflüssen über lange Zeit beständig sind, etwa Schwerlast-Schienen, Walzlager oder Rohre für die Öl- und Gasindustrie.
Ein weiteres wichtiges Thema ist die Gewichtsreduktion unter Beibehaltung hervorragender Eigenschaften, gerade in Hinblick auf Nachhaltigkeit und Kosten. Beim Entwickeln solcher Materialien war man lange Zeit auf Versuch und Irrtum angewiesen. Mittlerweile gibt es Methoden, wo die Eigenschaften von Materialien am Computer vorhergesagt werden.

Exakte Simulation
An der TU Wien wurde nun ein neues Christian Doppler Labor eingerichtet, in dem das Zusammenwirken chemisch-physikalischer Phänomene mit hochauflösenden Analysenmethoden charakterisiert, in Modelle gegossen und am Computer exakt simuliert wird, um bessere Materialien für die Industrie zu entwickeln. Unterstützt wird das CD-Labor vom Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaft (BMDW) sowie von den Industriepartnern voestalpine, Neuman Aluminium und Stahl Judenburg.

„Österreich produziert Stahl und Aluminium mit hohen Qualitätsanforderungen und exportiert diese weltweit“, sagt Margarete Schramböck, Bundesministerin für Digitalisierung und Wirtschaft. „Basis für diesen Erfolg ist intensive grundlagenwissenschaftliche und technologische Forschung, die für die Fortführung dieser Erfolgsgeschichte auch weiterhin nötig ist. CD-Labors bieten dafür einen optimalen Rahmen, weil sie neues Wissen für Unternehmen nutzbar machen und so echte Innovation und dauerhafte Marktvorteile ermöglichen.“

Von der Innovationsidee bis zur Marktreife
„Man muss das Verhalten von Werkstücken unter Belastung analysieren, um die Auswirkungen typischer Prozesstemperaturen und Krafteinwirkungen zu berechnen“, erklärt Erwin Povoden-Karadeniz. Er leitet das neue CD-Labor am Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie der TU Wien.

„Das computersimulations-basierte Materialdesign gewinnt dabei immer mehr an Bedeutung. Die Anzahl der erforderlichen Experimente sinkt dadurch, mit den passenden Rechenmodellen kann man das Verhalten des Materials schon vorhersagen, bevor man es überhaupt hergestellt hat“, so Povoden-Karadeniz. Dadurch lässt sich die Zeit von der Innovationsidee bis zur Marktreife eines Produktes drastisch verkürzen.

Herausfordernd ist auch die Aufgabe, die unvermeidlichen Unregelmäßigkeiten im Material korrekt zu berücksichtigen. Bei einem realen Werkstück hat man es nicht mit einem perfekten Kristall zu tun, sondern mit einer Vielzahl kleiner Störungen und mit Grenzflächen zwischen winzigen Materialkörnern. Nur wenn diese im Computermodell korrekt berücksichtigt werden, gibt es brauchbare Ergebnisse und auf solche Aufgaben hat sich das Team rund um Erwin Povoden-Karadeniz spezialisiert.

Links

red/mc, Economy Ausgabe Webartikel, 05.06.2018