BEREICH

URFORMTECHNIK

Im Bereich der Hochtemperaturprozesse, wie z.B. dem Schmelzen und Verarbeiten flüssigen Metalls, einschließlich deren Folge- und Nebenprozesse sind digitale sensorgestützte In-Situ-Prozessanalysen (auch unter Schlagworten, wie "Industrie 4.0", "Digitalwirtschaft", "Condition Monitoring" oder "Big Data Fertigungsmanagement" bekannt) bislang, wenn überhaupt, nur sehr vereinzelt im Einsatz. Die Gründe hierfür scheinen mannigfaltig; zum einen stellen die rauen Umgebungsbedingungen höchste Anforderungen an die (Temperatur-) Stabilität und Zuverlässigkeit der Sensoren, zum anderen sind die glühenden, im Falle von Aluminiumschmelzen auch spiegelnden Schmelzbadoberflächen eine große Herausforderung für die Sensorik. Darüber hinaus sind auch die anforderungsgerechte Weitergabe der riesigen Datenmengen sowie die sinnvolle Verarbeitung und Nutzung der prozessspezifisch erhobenen Daten als nicht triviale Herausforderung anzuführen.

An diese Problematik knüpft das Forschungsprojekt "EvoMote" an, wonach durch die beabsichtigte
Entwicklung und Implementierung einer vollvernetzten Monitoring-Technologie eine universelle, standardisierte, objektorientierte echtzeitnahe Erfassung, Bewertung und Überwachung von Hochtemperaturprozessen ermöglicht werden soll. Dadurch wird es künftig möglich sein, sämtliche produktionsrelevanten Prozessinformationen unter den extremen Bedingungen einer Gießerei berührungslos und direkt in Form einer In-Situ - Analyse zuverlässig zu erfassen, sofort weiterzugeben und im Sinne einer Steigerung der operativen Effizienz zu
verarbeiten.

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In der Automobilindustrie werden insbesondere für sicherheitsrelevante Bauteile und Baugruppen die Vorteile von Leichtmetallgussteilen genutzt, deren schnelle, zerstörungsfreie und sichere Bewertung der festigkeitsminimieren-den Porosität  die wichtigste Qualitätskenngröße ist.

Die hierzu existierenden zerstörenden (2D-Bildanalyse mit Schliffbildern) und nicht zerstörenden (Röntgenprüfung, Ultraschallprüfung: nur qualitative Aussagekraft; Computertomographie (CT): medizinische Anlagentechnik, Positionierungsmöglichkeiten, Mess- und Auswertezeiten, verarbeitbare Datenmengen) Prüfmethoden besitzen jeweils erhebliche Nachteile.
Ziel des angestrebten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer standardisierten dreidimensionalen Verfahrenstechnologie zur bauteilindividuell optimierten dreidimensionalen Prüfungsmethodik mittels CT-Technik und der darauf aufbauenden, reproduzierbaren und standardisierten Prüfung der als kritisch definierten Bauteilbereiche. Nach erfolgreichen Projektabschluss soll  auf Basis der entwickelten Verfahrenstechnologie eine automatisierte und prozesssichere 3D-Porositätsbewertung von Leichtmetallgussteilen in i.O. und n.i.O. erfolgen.

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Die aktuelle Forschung an Al-Legierungen zielt darauf ab, ihre mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen durch die Bildung hochtemperaturstabiler intermetallischer Ausscheidungen zu verbessern. Die Verwendung von Seltenerdelementen zur Erreichung dieses Zwecks erhöht die Produktionskosten und minimiert somit den wirtschaftlichen Vorteil der herkömmlichen Gießverfahren. Daher ist eine alternative Methode mit angemessenen Kosten zwingend erforderlich. Dieses Projekt fasst die verfügbaren Forschungsarbeiten zusammen, die den Einfluss des Erstarrungsprozesses auf die Mikrostrukturmerkmale dieser vielversprechenden Legierungen untersuchten. Darüber hinaus sind die entsprechenden Auswirkungen dieser, mit einer speziellen neuartigen Ultraschallbehandlung bearbeiteten Mikrostrukturen, auf die mechanischen Eigenschaften zu erforschen.

Dieses Projekt wird gefördert vom DAAD aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF).

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Industrie 4.0, Digitalisierung, Internet of Things (IoT), Big Data. Es sind die Themen, die die Fertigung und Produktion der Zukunft bestimmen. Häufig hadern jedoch insbesondere klein- und mittelständige Betriebe mit diesen Themen. Einer der Hauptgründe dürfte sein, dass vielen nicht klar ist, wo sie anfangen sollen. Mit Blick auf die in vielen KMU-Gießereien eigentliche, häufig noch manuelle Wertschöpfung, das Abgießen, wollen die Uni Magdeburg (OVGU) und die ENA - Elektrotechnologien und Anlagenbau GmbH (ENA) nun durch eine konkrete Werkzeug-Neuentwicklung diesen Prozessschritt auch für KMU-Gießereien digital erfassbar gestalten.

In vielen KMU-Gießereien steht der Mitarbeiter nach wie vor im Mittelpunkt der Wertschöpfung und hat einen hohen Einfluss auf das Fertigungsergebnis, insbesondere bei manuellen Schwerkraftgießverfahren. Zur Durchführung der Formfüllung steht dem Mitarbeiter seit Jahrzehnten die traditionelle Gießkelle zur Verfügung. Aus diesem Sachverhalt ergeben sich Risiken, aber auch Chancen.

Problematisch ist, dass beginnend mit dem Befüllen der Schöpfkelle bis zum Beginn der Formfüllung nicht mehr nachvollziehbar ist, welche Temperatur die Schmelze zum Zeitpunkt der Formfüllung tatsächlich aufweist oder welche Gießbedingungen vorliegen. Im Falle des Auftretens von Ausschussteilen sind Rückschlüsse auf die jeweiligen Gießbedingungen bei der Suche nach der Fehlersuche nicht möglich. Die manuelle Formfüllung funktioniert somit nicht mehr in Einklang mit den heute geltenden Qualitätsstandards. Vor dem Hintergrund der weltweiten Bestrebungen zur Digitalisierung der Fertigungs- und Produktionsprozesse stellt sich die Frage:

Wie können digitale Lösungen auch in traditionell seit Jahrzehnten verankerte Abläufe sinnvoll implementiert werden?

Die ENA und die OVGU streben nun die Neuentwicklung der traditionellen Gießkelle an. Das Ziel ist die Entwicklung einer Gießkelle mit integrierter Microcontroller-basierter Sensorik zur Echtzeit-Erfassung qualitätsrelevanter Parameter. Die prozess- und qualitätsrelevanten Parameter sollen innerhalb des betriebsinternen Netzwerkes permanent übertragen und in Form eines Live-Dashboards visuell aufbereitet werden. Die Festlegung kritischer Grenzwerte sollen den Mitarbeiter warnen und Fehler vermeiden, bevor sie entstehen. Der Mitarbeiter steht dabei nach wie vor im Mittelpunkt der Wertschöpfung. Die permanent erfassten Daten sollen zu Analysezwecken archiviert werden und eine umfassende, statistisch belastbare Grundlage schaffen, die mit Hilfe der heute verfügbaren Data Science Werkzeuge ein tieferes Prozessverständnis und eine erhöhte Prozesstransparenz ermöglicht.

Das Ziel sind stabilere Prozessbedingungen und somit eine Senkung von Ausschussteilen und aller damit verbundenen Aufwände. Neben der Verwendung in der betrieblichen Praxis und der beruflichen Ausbildung zielt die Entwicklung auf einen Einsatz in Hochschul- und Forschungslaboren sowie bei der Prototypenfertigung.

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In der minimalinvasiven Chirurgie (MIC) stellt der Brustkorb aufgrund seiner rigiden Hülle aus Rippen, Brustbein und Wirbelsäule und den durch sie geschützten sensiblen und hochempfindlichen inneren Organen eine besondere Herausforderung an Entwickler und Behandlungsteams dar.

Zudem erfordert die minimalinvasive Brustkorbchirurgie von Ärzten besondere psychomotorische Fähigkeiten. Grundlegende praktische Fähigkeiten sollten bereits außerhalb des Operationssaals erlernt und perfektioniert werden.

Das Magdeburger Thorax-Modell bildet die räumliche Situation im menschlichen Thorax exakt ab. Als chirurgisches Trainingsmodell ermöglicht es Studenten, Ingenieuren, Pflegekräften und Ärzten, Interventionen und Operationen am Thorax wirklichkeitsnah zu studieren und zu üben.

Das Modell wurde aus Patientendaten generiert und ist deshalb eine 1:1 Kopie eines menschlichen Brustkorbs. Für die unterschiedlichen Anforderungen steht ein männlicher Brustkorb ("Otto"), ein weiblicher Brustkorb ("Editha") und ein Kinderbrustkorb ("Liudolf") zur Verfügung.

Aufgrund des angewandten additiven Fertigungsverfahrens können individuelle Anwenderwünsche bei der Implementierung von speziellen Funktionen und Eigenschaften berücksichtigt werden.

Als inaktives Modell ist das Magdeburger Thoraxmodell einfach zu installieren und flexibel und kosteneffizient in der Anwendung.
Für die Weiterentwicklung des F&E Ansatzes wurde in 04/2022 die MD2B-LifeSciences GmbH als Spin-Off ausgegründet.

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Mit dem ego.-Inkubator FabLab bietet die Fakultät für Maschinebau (FMB) der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OvGU) seit 2013 Studierenden und wissenschaftlichen Mitarbeitern die besten Voraussetzungen zur innovativen Existenzgründung in einem Fertigungslabor zur Herstellung von Anschauungs- und Funktionsmodellen.
Der Prozess der Produktenwicklung wird dabei durch additive Fertigungsverfahren sowie zerspanende und abtragende Verfahren von ersten Konzeptmodellen bis hin zu seriennahen Prototypen begleitet. Durch Techniken des Rapid Tooling und des Rapid Manufacturing kann zudem bereits in der Entwicklungsphase die Vorbereitung der Serienfertigung miteinbezogen werden.
Mithilfe der gewonnen Erfahrungen und Kenntnisse der Zielgruppennutzung konnte eine bewährte Prozesskette etabliert und kontinuierlich am Bedarf der Nutzenden weiterentwickelt werden. Im Rahmen der zweiten Erweiterung soll in diesem Zusammenhang die bestehende Anlageninfrastruktur um die Möglichkeiten der zweidimensionalen Präzisions-Blechbearbeitung ergänzt werden.

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Im Zuge der Umstellung auf die Industrie 4.0 halten nicht nur eine zunehmende Anzahl an Sensoren und Automatisierungslösungen Einzug in die industrielle Praxis. Auch intelligente Algorithmen finden damit zunehmend Verbreitung. Ihre Aufgabe ist es dabei u.a. die Produktion effizienter zu gestalten, Energie und Ressourcen zu einzusparen oder die Qualität von Produkten zu steigern. Als Teil einer künstlichen Intelligenz können die Algorithmen des Maschinelle Lernens aber auch dazu beitragen, Verschleißzustände, lange bevor es dem menschlichen Anwender möglich ist, zu erkennen und Dazu beitragen Maschinenprozesse optimal zu führen.

Insbesondere bei Kernschießmaschinen ist eine routinierte Wartung und Pflege unerlässlich. Ohne diese wären schwere Ausnahmefehler und Stillstände durch die beständige Einwirkung des abrasiven Arbeitsmediums Sand unumgänglich. Doch eine verfrühte Wartung führt zu unnötigen Produktionsausfällen und steigert die Kosten. Eine verspätete Wartung hingegen, steigert das Ausfallrisiko und kann die Produktqualität des Erzeugnisses, der Sandkerne negativ beeinflussen. Hierunter können alle nachgelagerten Prozesse, und damit zentral das Ausgießen der verlorenen Formen in unerwarteter Weise doch zumeist negativ beeinflusst werden. Um den ökonomischen Sweet Spot unabhängig von festen Wartungsplänen erreichen zu können, und die Prozesskette von der Formherstellung bis zum fertigen Produkt nicht zu gefährden, ist der Aufbau und der Einsatz einer Maschinenintelligenz zwingend erforderlich.

Genau das ist das Ziel des mit EFRE-Mitteln geförderten Projektes SmartCore - bislang noch relativ konservativen Kernschießmaschinen zum Übergang zu hochmodernen, intelligenten Produktionssystemen nach den Ansprüchen der Industrie 4.0 zu erschaffen. Die Datenerfassung direkt in Maschine, die echtzeitnahe Datenverarbeitung und das visuelle Feedback über Veränderungen sollen Maschinenbediener entlasten, die Wartung der Kernschießmaschine erleichtern und helfen Kosten einzusparen.

Trotzdem jede Maschine ihre Eigenheiten besitzt, soll dazu begleitend auch ein Digitaler Zwilling entstehen, der die Betriebszustände einer Kernschießmaschine transparenter macht und zwischen individuellen Betriebsstrategien Zusammenhänge und Unterschiede erkennen lässt, deren Nutzen bemisst und robuste sowie optimale Steuerungskonzepte auf Maschinen gleichen Typs bringt. Die so entstehende Transparenz soll weiterhin zu einem Maschinenmanagersystem ausgebaut werden, welches eine maschinenübergreifende Prozessführung und eine Integration auf höhere Ebenen der Automatisierungspyramide ermöglicht.

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Seit einigen Jahren ist die zunehmende Entwicklung besonders harter und verschleißfester Aluminiumverbundwerkstoffe zu beobachten, deren physische und mechanische Eigenschaften signifikant verbessert sind, im Vergleich zu monolithischen Aluminiumlegierungen. Dabei handelt es sich um partikelverstärkte Aluminium-Matrix-Komposite (AMC), wobei sehr häufig Siliziumkarbid als Verstärkungsphase eingesetzt wird, da es besonders hart ist und eine geringe Dichte ausweist.
Für die Herstellung von partikelverstärktem Aluminium-Matrix-Composite (AMC) wird aus Kostengründen meistens ein schmelzmetallurgisches Verfahren eingesetzt. Hierbei müssen die SiC-Partikel z.T. über mehrere Stunden in die Schmelze eingerührt werden. Der Grund für diese langen Prozesszeiten ist die schlechte Benetzbarkeit von Aluminium auf der Oberfläche der SiC-Partikel.
Projektziel ist es, die Benetzbarkeit der Partikel durch Aluminiumschmelze mit Hilfe einer Oxidationsschicht zu verbessern. Die durchschnittlichen Partikeldurchmesser von AMC Werkstoffen reichen von einigen 100 nm bis zu ca. 50 µm. Aufgrund dieser geringen Korngrößen ist das Beschichten der Partikel wenig prozesssicher und sehr kostenaufwendig. Dies soll nun mit Hilfe einer modifizierten Wirbelschichtanlage umgesetzt werden. Die so generierte Siliziumdioxidschicht (SiO2) ermöglicht die Herstellung von Aluminium-Matrixkompositen mit einem deutlich höheren Verstärkungsanteil, einer verbesserten Partikelverteilung, -einbettung und einer geringen Porosität, welche die Qualität der Materialien deutlich verbessern. Außerdem trägt diese Beschichtung der SiC-Partikel dazu bei, die aufwendige Produktion von AMC-Werkstoffen zu verkürzen und gleichzeitig prozesssicherer zu gestalten. Mit Hilfe der SiO2-Beschichtung soll eine Wärmebehandlung der mit SiC verstärken AMC ermöglicht werden, um bei Bedarf das Eigenschaftsprofil den Anforderungen anpassen zu können.

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Mit dem ego.-Inkubator FabLab bietet die Fakultät für Maschinebau (FMB) der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OvGU) seit 2013 Studierenden und wissenschaftlichen Mitarbeitern die besten Voraussetzungen zur innovativen Existenzgründung in einem Fertigungslabor zur Herstellung von Anschauungs- und Funktionsmodellen.
Der Prozess der Produktenwicklung wird dabei durch additive Fertigungsverfahren sowie zerspanende und abtragende Verfahren von ersten Konzeptmodellen bis hin zu seriennahen Prototypen begleitet. Durch Techniken des Rapid Tooling und des Rapid Manufacturing kann zudem bereits in der Entwicklungsphase die Vorbereitung der Serienfertigung miteinbezogen werden.
Mithilfe der gewonnen Erfahrungen und Kenntnisse der Zielgruppennutzung konnte eine bewährte Prozesskette etabliert und kontinuierlich am Bedarf der Nutzenden weiterentwickelt werden. Im Rahmen der zweiten Erweiterung soll in diesem Zusammenhang die bestehende Anlageninfrastruktur um die Möglichkeiten der zweidimensionalen Präzisions-Blechbearbeitung ergänzt werden.

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In den Warmwalzstraßen von Draht-, Rohr- und Profilwalzwerken treten die höchsten Umformkräfte in den vorderen Gerüsten auf. Konventionelle Werkstoffe, z. B. perlitisch-zemetitische oder azikuläre Gusseisenwerkstoffe haben sich aufgrund von stärkerer sogenannter Brandrissbildung und ihrer fehlenden Zähigkeit im Verlauf des Walzprozesses für diese Gerüste nicht bewährt. Diese Brandrissbildung, die durch sehr hohe Umformkräfte und der technologisch bedingten wechselnden Kühlung der Walzen noch verstärkt wird, führt zu einem hohen Verschleiß und vorzeitigen Ausfall der Walzen in den Gerüsten.
Projektziel ist die Entwicklung eines auf Gusseisen mit Kugelgraphit basierenden Werkstoffes zur Herstellung von Walzen mit den geforderten mechanischen Eigenschaften, insbesondere einer ausreichenden Bruchdehnung bei hoher Härte und Zugfestigkeit. Eine auf das Zielgefüge spezifisch eingestellte Wärmebehandlung, die Entwicklung neuartiger simulationsgestützter Prozessabläufe und der Einsatz anforderungsbezogener Legierungselemente sollen die Bildung des entsprechenden Zielgefüges und die Herstellung hochlegierter Gusseisenwerkstoffe ermöglichen. Die Walzenfertigung kann damit zeit- und kosteneffizient in einem statischen, vertikalen Gießprozess erfolgen.

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Die Entwicklung eines neuartigen Gießverfahrens soll die Substitution konventioneller Konstruktionsmaterialien durch Leichtbaukompositen für die Automobilindustrie ermöglichen. Ziel des neuen Verfahrens ist eine wirtschaftliche und prozesssichere Herstellung von partikelverstärkten Aluminium-Matrixkompositen (AMC) für einen kontinuierlichen Produktionsprozess. Dabei stellt die Entwicklung der Anlagen- und Steuerungstechnik zur Herstellung partikelverstärkter AMC-Bauteile den Forschungsschwerpunkt dar. Als prozessrelevante Entwicklungsschritte sind die Einbringung, Einbettung und die homogene Dispersion der SiC-Verstärkungspartikel in die Aluminiumschmelze zu nennen.

Um die Aufschwimmwirkung der porösen und daher mit Luftbläschen behafteten Partikel zu unterbinden, soll der Zusammenfluss der Partikel mit der Aluminiumschmelze unter Feinvakuum erfolgen. Hiermit lassen sich die Materialeigenschaften und die homogene Partikeldispersion verbessern, sowie die erforderliche Behandlungszeit signifikant verkürzen. Die Herstellung von AMC-Legierungen mit einem Verstärkungsanteil von 20 Vol.-% ist bereits heute technisch möglich. Jedoch soll das hier zu entwickelnde Verfahren die Herstellung von derartigen Kompositbauteilen mit einem Verstärkungsanteil von 35 Vol.-% für einem wirtschaftlichen Serienprozess ermöglichen. Die Auslegung als eine kontinuierliche Schmelzebehandlung mittels Ultraschall bietet an dieser Stelle bereits einen großen Kostenvorteil und die höchste Prozesssicherheit für solche Aluminium- Matrixkomposite nach heutigem Stand des Wissens. Die Kernelemente des neuen Verfahrens sind somit die kontinuierliche Schmelzebehandlung unter Feinvakuum von 10^-2 bis 10^-3 mbar und der zielgerichtete Einsatz von multiplen Ultraschallsonotroden. Als erste Anwendung soll das neue Verfahren zur Herstellung von AMC-Bremsscheiben als Leichtbaualternative für Hybrid- und Elektrofahrzeuge im Pilotmaßstab erprobt werden.

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In der Automobilindustrie werden insbesondere für sicherheitsrelevante Bauteile und Baugruppen die Vorteile von Leichtmetallgussteilen genutzt, deren schnelle, zerstörungsfreie und sichere Bewertung der festigkeitsminimierenden Porosität  die wichtigste Qualitätskenngröße ist. Die hierzu existierenden zerstörenden (2D-Bildanalyse mit Schliffbildern) und nicht zerstörenden (Röntgenprüfung, Ultraschallprüfung: nur qualitative Aussagekraft; Computertomographie (CT): medizinische Anlagentechnik, Positionierungsmöglichkeiten, Mess- und Auswertezeiten, verarbeitbare Datenmengen) Prüfmethoden besitzen jeweils erhebliche Nachteile.
Ziel des angestrebten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer standardisierten dreidimensionalen Verfahrenstechnologie zur bauteilindividuell optimierten dreidimensionalen Prüfungsmethodik mittels CT-Technik und der darauf aufbauenden, reproduzierbaren und standardisierten Prüfung der als kritisch definierten Bauteilbereiche. Nach erfolgreichen Projektabschluss soll  auf Basis der entwickelten Verfahrenstechnologie eine automatisierte und prozesssichere 3D-Porositätsbewertung von Leichtmetallgussteilen in i. O. und n. i. O. erfolgen.

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Der steigende Anteil an höherfesten Stählen zur Fertigung nahtloser Präzisionsrohre, Drahte und Rundprofile erfordert hochbeanspruchbare Umformwerkzeuge, insbesondere Walzen und Walzenringe, die zugleich den Forderungen nach Energie- und Ressourceneffizienz, langen Standzeiten, geringen Werkstoffkosten bei garantierter Härte der Walzenoberfläche sowie hohen Walzenproduktivitäten und -qualitäten genügen müssen. Gegenwärtig werden Walzen als monolithische Bauteile vorrangig statisch durch Schwerkraftgießen gefertigt, wobei die kostenintensiven Legierungen auch für den Walzeninnenbereich eingesetzt werden, der nur mechanische Träger- und Kraftübertragungsfunktionen erfüllt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung neuer Walzenwerkstoffe und Werkstoffkombinationen sowie einer prozesssicheren Technologie zur Fertigung von Verbundguss-Walzringen im Schleudergießverfahren. Dabei sollen Walzen mit neuen Werkstoffkombinationen (verschleißfeste Außenschichten durch partielle Substitution kostenintensiver Legierungen und duktile Innenschichten, verbunden durch eine stoffschlüssige Übergangsschicht) entwickelt werden. Die Materialkosten sollen dadurch um bis zu 40 % gesenkt werden.

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Aufgrund einer mangelnden Eignung aktuell verfügbarer Mischersysteme zur homogenen Vermischung Formstoffen und den erforderlichen Additiven entsteht insbesondere bei der anorganischen Kernfertigung ein erhöhter Bedarf an innovativen selbstreinigenden Mischersystemen, die eine Aufbereitung schwer mischbarer Formstoffrezepturen in wirtschaftlich erforderlichen Mengen ermöglichen.
Im Rahmen des Forschungsprojektes sollen in enger Kooperation die grundlegenden Erfordernisse für ein homogenes Einbringen der erforderlichen Additive in den Formstoff analysiert und zum Zwecke durchzuführender Simulationen modelliert werden.
Ferner soll über den Zwischenschritt eines Erprobungsmischers ein Prototyp eines innovativen Mischersystems konzipiert, konstruiert und fertigungstechnisch umgesetzt werden, wobei die einzelnen erforderlichen Bauelemente durch den Projektpartner, das IFQ, zu konstruieren und zu fertigen sind.
Abschließend gilt es, mit Hilfe dieses Prototypten beim Projektpartner Kerngeometrien unter Realbedingungen zu fertigen und zu untersuchen.

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Die Realisierung von Leichtbaukonstruktionen und Energieeinsparungen wird in der Automobil-industrie z. B. durch "Downsizing"angestrebt,d.h.eineReduzierung des Fahrzeuggewichtes und des Hubraumes bei gleichzeitiger Steigerung der spezifischen Motorleistung. lm Ergebnis entstehen höhere (Volllast-) Mitteldrücke und ein deutlich gesteigerter Energieumsatz im Brennraum des Motors. Bisherige Werkstoffe stoßen somit zunehmend an ihre Belastungsgrenzen. Mögliche Lösungen sind örtliche Bauteilverstärkungen als Werkstoffkombination im gleichen Bauteil, bisher basierend auf formschlüssigen Verbindungen der Komponenten.
Wesentliche Nachteile sind u. a. eingeschränkte Leistungsparameter und unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Werkstoffe. Ziel des Forschungsprojektes zur Erhöhung der Motoreffizienz ist die Entwicklung einer neuen Technologie zur gezielten lokalen Bauteilverstärkung durch Gießen wärmeausdehnungsoptimierter stoffschlüssiger Verbindungen. Dabei sollen durch umfangreiche Simulationen sowie Untersuchungen zu Vorwärmprozessen und Parametern geeignete Werkstoffkombinationen, Haftvermittler und entsprechende Auftragsverfahren entwickelt werden.

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In den Untersuchungen am Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg zeigten sich bei der Behandlung von Leichtmetall-Gießschmelzen mittels hochenergetischen Ultraschall-Schwingungen neben einer erheblichen Verringerung der Porosität in den Probekörpern weitere positive Effekte wie z.B. eine Verringerung des sekundären Dendritenarmabstandes SDAS. Der in diesem Verbundvorhaben angestrebte gießereitechnologisch innovative Fortschritt Gussteile-Vergütung durch Ultraschall-Gießschmelzebehandlung ist an die Eingliederung ultraschall-technischer Aggregate-komplexe in industrielle LM-Gießlinien gebunden.

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Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens, das es ermöglicht, mittels Computertomographen die Kristallisationsvorgänge bei der Erstarrung von Leichtmetallschmelzen kontinuierlich zu beobachten, aufzuzeichnen und auszuwerten. Dadurch soll erreicht werden, die im Verborgenen ablaufenden Kristallisationsvorgänge bei der Erstarrung der Metallschmelze zu entschlüsseln und so besser zu verstehen und wissenschaftlich zu durchdringen. Die wissenschaftliche Durchdringung und die Analyse der Kristallisationsvorgänge ermöglichen die Optimierung der Gießtechnologie (Formfüllung, Wärmeleitung, Abkühlung, Erstarrung) und die Entwicklung von ingenieurtechnisch einsetzbaren Algorithmen, die in der gießereitechnischen Praxis Anwendung finden. Diese ermöglichen die Auslegung der gießereitechnologischen Maßnahmen in der Art, dass mittels ganz gezielter mikrostruktureller Gefüge im erzeugten Gussstück sehr eng zugeschnittene mechanische Bauteileigenschaften entstehen, so dass Leichtmetallbauteile nach Maß gießtechnisch gefertigt werden können.

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Entwicklung von neuartigen gießtechnologischen und metallographischen Untersuchungs- und Abgrenzungs-methodiken für die Gefügestrukturen bei der reproduzierbaren Gefügebestimmung im Aluminiumkokillenguss, insbesondere für hochbeanspruchte Gussteile.

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Ziel des Verbundprojektvorhabens ist die Analyse, Erarbeitung und Anfertigung eines optimierten Zylinderkopfes mit integriertem Abgaskrümmer. In Abstimmung mit der Volkswagen AG wird dazu ein Referenzzylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer als Bezugsbasis für vergleichende Untersuchungen ausgewählt. Für diesen wird ein Berechnungs-Modell zur Bewertung des thermischen und mechanischen Verhaltens erstellt. Im Ergebnis von Simulationsrechnungen und vereinfachten Abschätzungen soll eine wärmetechnische Bewertung des Einsatzes von Inlays erfolgen und ein erster Vorschlag, bzw. eine alternative Lösung unter Verwendung einzugießender Bauteile erarbeitet werden. Begleitend sollen mit erfolgversprechenden Werkstoffen vereinfachte Testkörper hergestellt und ausführlich hinsichtlich der fertigungstechnischen Möglichkeiten und der thermischen Eignung untersucht werden. Basierend auf den Ergebnissen der Testkörper und der Simulation soll in enger Zusammenarbeit der vier Lehrstühle die konstruktive und insbesondere gießtechnische Umsetzbarkeit gewährleistet und gemeinsam mit der Volkswagen AG ein erstes Versuchsmuster eines Zylinderkopfes gefertigt werden. Eine besondere Bedeutung kommt dabei auch der Werkstoffauswahl, der Materialanbindung und der Bewertung der Werkstoffpaarung zu. Weiterhin soll, basierend auf weiteren Simulationen des Referenzzylinderkopfes und den vorangegangenen Untersuchungen einschließlich der am ersten Versuchsmuster erzielten Ergebnisse, eine Optimierung des modifizieren Krümmers vorgenommen werden.

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Inline Computertomographie als Analyse-Tool in der Werkstofftechnik

Entwicklung eines Verfahrens zur Detektion und Bewertung von dreidimensionalen Ungänzen in Leichtmetallbauteilen durch den Einsatz von industrieller Computertomographen in produktionstypischen Taktzeiten.
Analyse der erfassten Ungänzen und deren Beurteilung hinsichtlich statischer und dynamischer Bauteilfestigkeit zur Klassifizierung in i.O. und n.i.O. Teile.

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Zur Fertigung von Gussteilen mit geringen Massen und Abmessungen bei gleichzeitiger hoher Maßhaltigkeit und Oberflächengüte wird vorrangig das Feingießen (Wachsausschmelzverfahren) eingesetzt. Jedoch ist die Prozesskette aufwendig (10 Prozessschritte), die Produktionszeit lang und Gussfehler werden oft erst am Ende der Prozesskette bei der mechanischen Nachbearbeitung erkannt. Entwicklungsziel ist eine neue Technologie zur Herstellung des Ausschmelzmodells u.a. mittels Polyjet-Verfahren (3D-Printing) zur Gewährleistung einer hohen Oberflächengüte und Maßhaltigkeit. Gleichzeitig soll durch den veränderten Aufbau der Gießtraube in "Wabenbauweise" das Ausbrennvolumen deutlich reduziert werden. Die
Prozesskette wird dabei auf 6 Schritte verkürzt. Die Erprobung und Optimierung der Prozesskette erfolgt für die wesentlichsten handelsüblichen Aluminiumlegierungen. Die neue Technologie kann damit auch bei Kleinst- und Kleinserien hochwirtschaftlich eingesetzt werden.

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Gegenstand des Projektes ist eine Machbarkeitsanalyse für die Erzeugung eines Hybrid-Zylinderkopfes bestehend aus einem Gusseisenwerkstoff und einer Aluminiumlegierung, mit dem Ziel, einen Zylinderkopf zu fertigen, welcher den für die Zukunft prognostizierten gesteigerten Belastungsanforderungen gerecht wird und eine avisierte spezifische Leistungssteigerung um ca. 75 % ermöglichen soll. Der Fokus hierbei liegt zunächst auf der Untersuchung der fertigungstechnischen Realisierbarkeit eines solchen Bauteils. Um die konstruktiven und fertigungstechnischen Herausforderungen dieser hybriden Konstruktionslösung zu erforschen und einen vorteilhaften Werkstoffverbund zu analysieren, wird gemäß dem Forschungsauftrag zunächst ein dem Zylinderkopf ähnelnder Demonstrator angefertigt, welcher derart gestaltet ist, dass sich die gewonnenen Ergebnisse auf eine Anwendung im Realbauteil Zylinderkopf übertragen lassen.

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In der heutigen Zeit steht Leichtbau mit möglichst hochfesten Werkstoffen im Mittelpunkt der Entwicklungen in der Gießereiindustrie. Automobil-, Luftfahrt- und Geräte-Industrie setzen die maßgeblichsten Impulse für innovative Fortschritte: leichtere Gussteile bei gleichbleibender Funktionalität. Die Beeinflussung von Leichtmetall-Gießschmelzen mittels hochenergetischen Ultraschall-Schwingungen hat sich als wirkungsvoll zu deren Entgasung sowie zur Verfeinerung der Gefügestruktur des Gussteils gezeigt.

Der die Gesamtheit der Ultraschall-Wirkung in der Gieß-Schmelze auslösende Grundeffekt ist die Herstellung der sogenannten  entwickelten Kavitation. Es ist bekannt, dass der Kavitations-Effekt oft verbunden mit einer Explosion der Kavitations-Blasen durch akustische Geräusche, Schockwellen und Lichtemission begleitet ist. Ein Einfluss auf die Veredelung der eutektischen Al-Si-Phase, Kornfeinung der Primären α-Mischkristalle, Kapillareffekt Benetzung der Al2O3-Störpartikel in der Schmelze und Material-Homogenität wurden nachgewiesen.

Forschungs- und Entwicklungs-Ziele des Projektes sind:

• Aufdeckung des naturwissenschaftlichen Ultraschall-Effekts entwickelte Kavitation in Al-Gießschmelzen für Gussteile mit besonderen Leichtbau-Qualitäten praxisrelevanter Al-Gießlegierungen
• Ermittlung legierungs-theoretischer Parameter-Räume für ultraschall- technologische Prozessführung in der Al-Gießerei-Praxis
• Nachweisführung ultraschall-technologisch erreichbarer Wirkungen auf veränderte Gebrauchseigenschaften praxis-relevant ausgewählter Gieß-Legierungen Untersuchungsmethodik: Feinst-Messung erreichbarer Schmelze-Entgasung/Metalldichteerhöhung, mikro-optische und CT-analytische Strukturuntersuchung, Gieß- und Festigkeitseigenschaften
• Eröffnung human-medizinische Forschungen akustische Verlärmung durch Leistungs-Ultraschall am Arbeitsplatz (kooperativ-arbeitsmedizinische Beistellung der Otto-von-Guericke-Universität) / Vorbereitung Technologie-Zertifizierung.
• Aufschluss von Investoren-Interessen im Innovationsfeld Leichtbau-Guss-qualitäten / Personal-Innovationsqualifizierung.

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Im Rahmen des Projektes wurden die Simulationsmodelle entwickelt, die den Prozessablauf des Thermit-Schweißens von Schienen grundlegend beschreiben. Mit Hilfe dieser Simulationsmodelle wurden das Eingießen von aluminothermisch erzeugtem Stahl, das Erstarren sowie das Abkühlen der Schweißverbindung beschrieben. Des Weiteren wurden anhand von experimentellen Untersuchungen, wie Thermoelementmessungen und die Thermographieaufnahmen während des Schweißprozesses, die entwickelten Simulationsmodelle validiert und verbessert. Auf Basis der durchgeführten Prozesssimulation des aluminothermischen Schweißens erfolgte die Berechnung der Form und der Abmessung der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone, sowie der Gefügebestandteile in der Schweißverbindung. Die Simulationsergebnisse wurden mit den aus den Schweißungen entnommenen und metallographisch präparierten Proben verglichen. Zwischen der Simulationsrechnung und den experimentellen Untersuchungen konnte eine gute Übereinstimmung festgestellt werden. Weitere Untersuchungen zielten auf die Vorhersage einiger der am häufigsten auftretenden Fehler in aluminothermischen Schweißungen, wie Bindefehler und Erstarrungslunker, aus den Ergebnissen der Prozesssimulation ab. Nach erfolgter Validierung wurde das entwickelte numerische Modell zur Optimierung der aluminothermischen Schweißtechnologie eingesetzt.

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Ziel des Projektes ist die Schaffung der Voraussetzungen sowie der notwendigen Schnittstellen für die Einbeziehung der Fertigungssimulation in die festigkeitsorientierte Topologieoptimierung mit dem Ziel der Verkürzung der virtuellen Produktentwicklung, sowie die Berücksichtigung von werkstoff- und fertigungsrelevanten Aspekten und die Integration der Berechnung der mechanischen Eigenschaften in den frühen Phasen der virtuellen Bauteilentwicklung. Strategisches Ziel ist die Entwicklung einer Methodik für die Verkürzung der virtuellen Produktentwicklung, die Erschließung der relevanten Parameter der virtuellen Produktentwicklung für eine Verkürzung der Serienanlaufzeit, die Absicherung der Anforderungs-, Werkstoff- und Fertigungsgerechtheit bereits in der Phase der Bauteilkonstruktion zur Einsparung von Prototypen und die Anwendung der Methodik für Powertrain- und Strukturbauteile sowie zukünftig auf Gussteile der Luft- und Raumfahrt, Schienenfahrzeuge und hochwertige Sportgeräte.

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Ziel des Projektes ist die Klärung der Phänomene bei der Bildung einer gradierten Schicht zwischen verstärkter Legierung und konventioneller Al-Legierung, der Aufbau der Materialstrukturen der Gradientenwerkstoffe im mikroskaligen Bereich mit erhöhter Reproduzierbarkeit und mikro-mechanismus-orientierte Einschätzung ihres Verhaltens, die Schaffung eines mathematisches Modells zur Berechnung der Eigenschaften derartiger Gradientenwerkstoffe und die Bereitstellung von Erkenntnissen zur Verarbeitung derartiger Gradientenwerkstoffe. Damit soll die Schaffung der Grundlagen für die Entwicklung neuer Sonderverfahren und -legierungen für die Herstellung von hochwertigen Al-Komponenten für Powertrainbauteilen mit gezielt lokal eingestellten Bauteileigenschaften (entsprechend den mechanischen und thermischen Anforderungen) und die Schaffung der Grundlagen für die zukünftige prozesssichere Fertigung von höchstbelasteten Automobilteilen, die den immer höheren Anforderungen (höher spezifische Leistung bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion und verringerter Emission) entsprechen, realisiert werden.

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Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines theoretischen Konzeptes zur Berechnung von dynamischen Festigkeitskennwerten in Abhängigkeit vom sich ausbildenden (durch Gießprozess, Wärmebehandlung) lokal unterschiedlichen Gefügezustand (Dendritenarmabstand, Porositäten) und von den mechanischen Eigenschaften, sowie die Ableitung eines Berechnungsmodells und Implementierung (Programmierung, Verifikation, Erprobung) in ein Simulationssystem und damit Schaffung der Voraussetzungen zur Prognose der Lebensdauer aus den Ergebnissen einer Simulation. Damit soll die Modellentwicklung zur Prognose der dynamischen Kennwerte mit dem Ziel Alleinanbieter für dieses Berechnungsmodell zu sein realisiert werden. Weiterhin soll die Anwendung des neuen Simulationsmodells in der virtuellen Produktentwicklung zur Verkürzung der Produktentwicklungszeiten und -kosten sowie zur Reduzierung der Anzahl notwendiger Prototypen beitragen. Die Schaffung neuer Möglichkeiten zur anforderungs-, werkstoff- und fertigungsgerechten Konstruktion durch die Prognose der Lebensdauerkennwerte im frühen Stadium der Bauteilentwicklung, sowie die Anwendung des Berechnungsmodells für Powertrain- und Strukturbauteile und die zukünftige Erweiterung auf Gussteile der Luft- und Raumfahrt, Schienenfahrzeuge und hochwertige Sportgeräte sind die längerfristigen strategischen Zielstellungen des Vorhabens.

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Die heutigen Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften im Bereich der Automobilindustrie, besonders bei der Herstellung von Motorenteilen, wie beispielsweise Zylinderköpfe aus Al-Legierungen, werden immer höher. Die verwendeten Aluminium-Werkstoffe müssen unterschiedliche Belastungen ertragen. Für Bauteile, wie sie zum Beispiel im Motorbereich eingesetzt werden, sind hohe Anforderungen an die thermischen und mechanischen Eigenschaften gestellt. Neben der hohen Temperaturbeanspruchung steigen auch die Drücke in den Motoren.Die in der Serie verwendeten Werkstoffe bieten unterschiedliche Verwendungseigenschaften. Deshalb steht die Frage, ob bekannte aber nicht genutzte Aluminiumlegierungen mit besseren mechanischen Eigenschaften verwendet werden können. Diese Legierungen haben zwar höhere mechanische Eigenschaften, sind aber aus Sicht der Gießer schlecht zu vergießen oder zu verarbeiten. Deswegen geht es im Projekt um eine quantitative Bewertung der gießtechnologischen und mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Al-Gusslegierungen.Als quantitatives Bewertungsmittel für die gießtechnologischen Eigenschaften wird ein Gießindex G entwickelt.

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Das Vorhaben ordnet sich als 6. Teilprojekt in das Leitprojekt Komplett bearbeiteter und montierter Zylinderkopf einschließlich Zylinderkurbelgehäuse ein. Es führt die Arbeiten des ersten Teilprojektes Grundlagen Werkstoffe und Verfahren fort, indem es die Untersuchungen zur Wärmebehandlung erweitert. Um den Prozess der Zylinderkopffertigung wirtschaftlicher zu gestalten, ist es sinnvoll, die Wärmebehandlung zu minimieren bzw. einzusparen.Durch die Bearbeitung der beiden Problemstellungen Verbesserung der Kaltaushärtbarkeit von Aluminiumlegierungen und Verbesserung der Hochtemperatureigenschaften durch legierungstechnische Maßnahmen werden die Grundlagen für die Effektivierung des Fertigungsprozesses bei der Zylinderkopfherstellung bei gleichzeitiger Verbesserung von Aluminiumwerkstoffen gelegt.Die gewonnenen Erkenntnisse können für alle Realbauteile der Bauteilgruppe Zylinderköpfe für Pkw-Motore bzw. für alle Bauteile aus wärmebehandelten Aluminiumlegierungen angewendet werden.

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Die wissenschaftliche Zielstellung besteht in der Entwicklung eines Standardprüfverfahrens auf Basis der Thermoschockbeanspruchung zur Ermittlung der Einsatzmöglichkeiten von Formwerkstoffen für Druckgießformen verschiedener Ausführungen.Durch die Entwicklung des Standardprüfverfahrens sollen die zu untersuchenden Werkstoffe beansprucht und ihre Thermoschockbeständigkeiten verglichen werden. Für den Bezug zu realen Druckgießformen werden verschiedene Probenformen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Druckgießformkonturen abgeleitet. Dazu werden verschiedene Druckgießformen simuliert und nach den auftretenden Beanspruchungshöhen in drei Klassen eingeteilt. Je Klasse wird eine Probenform mit an den realen Formen vergleichbaren Beanspruchungshöhen entwickelt. Durch die Beanspruchung der drei Probenformen sollen erweiterte, innovative Parameter zur Abschätzung der zu erwartenden Standzeiten der Werkstoffe beim Einsatz als Druckgießformen ermittelt werden. Mit den ermittelten Parametern soll eine Beziehung zwischen den auftretenden Beanspruchungen, der Thermoschockbeständigkeit und der zu erwartenden Standzeit abgeleitet werden. Die Rissbewertungsmethode auf Basis des Bildverarbeitungsprogramms wird bei der Versuchsauswertung weiterentwickelt.

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Leitprojekt komplett bearbeiteter und montierter Zylinderkopf - Teilprojekt 1: Grundlagenuntersuchung, Werkstoffe und Verfahren.

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Grundlagenuntersuchung zu Werkstoffen und Verfahren- InnoRegio Mahreg.

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Entwicklung der wissenschaflichen Grundlagen der mechanischen Stabilität und Festigkeit von gegossenen Gradientenwerkstoffen.

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Mechanische Stabilität und Festigkeit von gegossenen Gradientenwerkstoffen.

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Untersuchungen zum Duktilitäts- und Festigkeitsverhalten ausgewählter Legierungen bei hohen Deformationsgeschwindigkeiten.

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Untersuchung zum Duktilitäts- und Festigkeitsverhalten ausgewählter Al- und Mg-Legierungen bei hohen Deformationsgeschwindigkeiten.

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Grundlagen für das Hydro-Impuls-Umformen von Blechen.

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Entwicklung eines bauteilangepassten Prüfwerkzeuges für die Blechumformung.

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Intelligente Werkzeuge für die wirtschaftliche Erzeugung….WESPRO.

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Durchführung von Analysen und Untersuchungen zur Wirkung von Kühl- und Schmiervorgängen in den Kontaktbereichen beim Zerspanen.

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Untersuchungen zur Prozeßstabilität des Umformens von Bauteilen aus Al-Legierungen für die Automobilindustrie.

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Komplexe Qualitätsbewertung von Aluminiumguss- EFRE 221800100006/50.

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Entwicklung eines hochproduktiven Verfahrens zum Gießen von Zylinderköpfen in verlorenen Formen.

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Hydro-Impuls-Umformen von Blechen.

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Spannungsmessungen und- simulation an Gußteilen.

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Innovative Gießereien Wertschöpfungskette in indirekten Bereichen - Schwerpunkt: Rationalisierung der Arbeitsvorbereitung.

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Ermittlung thermophysikalischer Stoffdaten für die Simulation von thermischen Prozessen.

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Erarbeitung formenbautechnologischer Wissenbasen.

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Untersuchungen auf dem Gebiet der Umfortechnik, speziell Qualistätssicherung im Bereich Kernfertigung.

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Entwicklung eines flexiblen Spannsystems für Blechteile für den Einsatz auf Koordinatenmeßgerätn (Flexible Säure).

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Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines ultraschallbasierten Behandlungsmoduls für die Gießereiindustrie, das sowohl eine Erhöhung der Schmelze- und Gussteilqualität von Aluminiumkomponenten als auch eine signifikante Senkung des Ausschusses bewirken soll. Das Modul soll flexibel und bedarfsgerecht auf die Vorkammer bestehender Kippgießanlagen aufgesetzt werden und die Schmelze vor und sogar noch während der Formfüllung behandeln. Durch diese Technologieinnovation können konventionelle (chemische und mechanische) Behandlungsmethoden substituiert und bislang nicht erreichte Gefüge- und somit Gussqualitäten erzeugt werden.
Zum Zwecke einer exakten Prognose der zu erwartenden Effekte und somit zu einer zielgerichteten Materialbehandlung wird das Vorhaben durch den Aufbau eines geeigneten Simulationsmodells ergänzt, das eine bislang nicht verfügbare Abschätzung und Prognose der während der Behandlung auftretenden Effekte und darauf aufbauend die Simulation des Gesamtprozesses ermöglicht.

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Wer planetare Grenzen im Blick hat, kommt an im Sinne des Umwelt- und Ressourcenschutzes an effizienten und nachhaltigen Produktionslösungen nicht vorbei.
Das Forschungsvorhaben verfolgt in diesem Sinne das Ziel, den erforderlichen Primär-Energieeinsatz bei der NE-Gusserzeugung und damit die emittierten Schadstoffe signifikant zu reduzieren, gleichzeitig sowohl Gussqualität als auch Fertigungsflexibilität deutlich zu erhöhen und in Summe die Fertigungskosten zu senken und die Umwelt zu schonen.
Realisiert werden soll dieses Ziel durch die Entwicklung neuartiger Anlagenkomponenten, die eine Zu-sammenlegung der bislang notwendigen Prozessschritte "Metall schmelzen", "Schmelze transportieren" und "Metall warmhalten" zu einem Prozessschritt: "Metall dezentral und volltransportabel einschmelzen und warmhalten" und somit eine komplette Reorganisation der Materialflüsse sowie der Fertigungslogistik in der Gießerei ermöglichen.
Technologisch ist dazu die Weiterentwicklung einer innovativen Brennertechnologie sowie eine Rückführung und Wiederverwertung der prozessintern anfallenden Hochtemperatur-Abwärme zur Verbrennungsluftvorwärmung vorgesehen, wobei die Wärmeenergie künftig in neuartigen Heißluftdockingstationen bereitgestellt und an mobile Tiegelpfannen abgegeben wird.

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Die ständig steigenden Qualitäts- und Leistungsanforderungen an Aluminium-Gussteile bei zunehmender Komplexität und Diversität erfordern insbesondere im Automobilbau eine energie-, zeit- und ressourcen-effiziente Gefügebehandlung. Gegenwärtig wird zur Erreichung eines feinkörnigen und homogenen Gussgefüges sowie vordefinierter lokaler Bauteileigenschaften vorrangig eine Erstarrungsbeeinflussung der Schmelze durch gezielte Temperierung in aktiv gekühlten Kokillen angewandt. Wesentliche Nachteile dabei sind u.a. fehlende Temperierungsmöglichkeiten in allen speisernahen und innenliegenden Bauteilbereichen sowie hohe Kokillen- und Energiekosten. 

Projektziel ist die Entwicklung eines mobilen Ultraschall-Impulsgebers zur gezielten Gefügebeeinflussung in erstarrenden Aluminium-Gussbauteilen. Dabei werden exakt dosierte, legierungs- und bauteilabgestimmte Ultraschallimpulse mit Sonotroden durch das Speisersystem direkt in die erstarrende Schmelze induziert und eine gezielte Gefügehomogenisierung sowie aktive Clusterbildung der Mikrostrukturen ermöglicht. Im Ergebnis soll die aktive Kokillentemperierung entfallen, die Werkzeugkosten um ca. 50 % und die Bauteilkosten um ca. 30 % sinken.

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Der dem eigentlichen formgebenden  Gießen nachgelagerte Prozessschritt der Wärmebehandlung ist vor allem bei aluminiumbasierten Gussteilen zwingend notwendig, um die volle Werkstoffverfestigung und somit die geforderten Bauteileigenschaften zu erzielen. Dieser Prozess ist extrem energie- und  kostenintensiv. Bisher wird die benötigte Wärmeenergie durch elektrisch beheizte oder aber durch konventionell (mit Freiflammen Diffusionsbrennern) brennstoffbeheizte Behandlungsöfen mit z.T. erheblichen Nachteilen geliefert. 

Das Forschungsprojekt verfolgt das Ziel einer komplexen und umfänglichen energetischen Umgestaltung sämtlicher Anlagenkomponenten der Wärmebehandlung. Die benötigte Wärmeenergie soll hierfür künftig über energieeffizient gasbeheizte Porenbrenner im Warmluftmodus (ohne Direktstrahlung) bereitgestellt werden, wodurch ein erhebliches Potenzial zur Reduzierung der Kosten sowie der C02-Emissionen erschlossen werden kann. Zusätzlich soll über die Verkettung der Aggregate eine Einbindung der entstehenden Abwärme zu einer weiteren Effizienzsteigerung beitragen. 
Weiteres Potenzial soll über zu erforschende auf die neue Technologie abgestimmte Parameter erschlossen werden.

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Das Projekt verfolgt das Ziel, die Serienfertigung eines Industriepartners durch begleitende universitäre Untersuchungsaufgaben entlang der gesamten Wertschöpfungskette nachhaltig zu stärken und verbessern.

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Gegenstand der Forschungsstudie war eine wissenschaftliche Untersuchung hinsichtlich der fertigungstechnischen Realisierung eines strukturverstärkten Aluminium-Zylinderkopfes für den Einsatz in einem Hochleistungs-Verbrennungsmotor mit eingegossener FeAl-Stützstruktur.
Das Ziel der so erzielbaren Versteifung der Zylinderkopfstruktur bestand in einer deutlichen Leistungssteigerung der Motorenaggregate.
Im Rahme einer interdisziplinären Forschungskooperation mit verschiedenen Projektpartnern wurden hierzu u.a. werkstoffspezifische Materialkennwerte ermittelt, fertigungstechnische Lösungen zu einer reproduzierbar stoffschlüssigen Werkstoffverbindung erarbeitet und unterschiedliche Konzeptvarianten entwickelt, welche hinsichtlich ihrer Leistungspotenziale bewertet wurden.

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Im Rahmen des Projektes Entwicklung der Prozesskette Gießen zur Herstellung von offenporigen Schaumstrukturen erfolgt die gesamtheitliche Untersuchung des Herstellprozesses vom Rohmaterialeinsatz über den 3D-Druck bis zum Einsatz des Schwerkraftgießprozesses. Basierend auf den Marktanforderungen wird mittels einer skalierbaren Testgeometrie in iterativen Prozessschleifen die Herstellbarkeit und die Prozessgrenzen des offenzelligen Metallschaums in verschiedenen Werkstoffgruppen untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung eines Konzeptes zur Bestimmung der mechanischen (statisch/dynamisch) und thermophysikalischen Eigenschaften unter Einbeziehung der Simulationsergebnisse und den Ergebnissen der Finiten-Elemente-Methode. Die Projektergebnisse fließen in das Netzwerk INOCEM ein und bilden einen wichtigen Baustein zur gesamthaften Entwicklung einer industriellen Anwendung (Produkt) auf Basis des offenporigen Metallschaumes.

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Entwicklung und Optimierung von Herstellungsverfahren für offenzellulare Metalle auf Basis ökologischer und ökonomischer Gesichtspunkte, welche die gesamte Fertigungstiefe von den Ausgangsstoffen und der Geometriefestlegung, über die Fertigungsumsetzung, bis hin zu Recycling-Gesichtspunkten der Endprodukte und Verbrauchsstoffe während der Herstellung enthalten. Zudem Aufbau und Entwicklung von systemintegrativen Lösungen für den Einsatz der zellularen Metalle. Dazu gehören sowohl die Parameterermittlung und Erfassung der potentiellen Preisgestaltung, als auch die Anwendungsentwicklung. Durch die Beteiligung potentieller Anwender bereits in den Gestaltungsprozessen und der Geometrieauslegung, fließen die Anforderungen und Bewertungen in alle Prozessstufen der Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit ein und nehmen damit unmittelbaren Einfluss auf die seriennahe und industrielle Machbarkeit aller Teilschritte. Darüber hinaus ist es das Ziel der geplanten Netzwerktätigkeit, den beteiligten Partnern ein grundlegendes Verständnis der Vision des Wandels hin zum Anbieter von gemeinsam erzeugten Systemlösungen und neuen Produkten zu vermitteln.

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Die ständig steigenden Qualitäts- und Leistungsanforderungen an Aluminium-Gussteile bei zunehmender Komplexität und Diversität erfordern insbesondere im Automobilbau eine energie-, zeit- und ressourcen-effiziente Gefügebehandlung. Gegenwärtig wird zur Erreichung eines feinkörnigen und homogenen Gussgefüges sowie vordefinierter lokaler Bauteileigenschaften vorrangig eine Erstarrungsbeeinflussung der Schmelze durch gezielte Temperierung in aktiv gekühlten Kokillen angewandt. Wesentliche Nachteile dabei sind u.a. fehlende Temperierungsmöglichkeiten in allen speisernahen und innenliegenden Bauteilbereichen sowie hohe Kokillen- und Energiekosten.

Projektziel ist die Entwicklung eines mobilen Ultraschall-Impulsgebers zur gezielten Gefügebeeinflussung in erstarrenden Aluminium-Gussbauteilen. Dabei werden exakt dosierte, legierungs- und bauteilabgestimmte Ultraschallimpulse mit Sonotroden durch das Speisersystem direkt in die erstarrende Schmelze induziert und eine gezielte Gefügehomogenisierung sowie aktive Clusterbildung der Mikrostrukturen ermöglicht. Im Ergebnis soll die aktive Kokillentemperierung entfallen, die Werkzeugkosten um ca. 50 % und die Bauteilkosten um ca. 30 % sinken.

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