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Produktionstechnisches Zentrum Hannover Forschung
Ressourceneffizienz

Schwerpunkt Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeitsforschung

© Illu: Dorota Gorski / PZH

In der PZH-Vortragsreihe "Zukunftslabor Produktion und Gesellschaft" ging es zentral um Auswirkungen und Herausforderungen der katastrophalen Klimaentwicklung, etwa im bewussteren Umgang mit Ressourcen, also Werkstoffen oder Energie. Neben vielen einzelnen Projekten beschäftigt sich auch der Sonderforschungsbereich "Regeneration komplexer Investitionsgüter" mit diesem Ziel.

"Manufacturing in a low energy future" - Julian M Allwood - Cambridge

Forschungsprojekte zur Ressourcenschonung

Ressourceneffizienz/Nachhaltigkeit

  • Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von unter Wasser nass geschweißten Verbindungen
    Ziel des Forschungsvorhabens ist es, valide Ermüdungsfestigkeitswerte für hyperbar nassgeschweißte Offshore-Stähle zu ermitteln. Für die Abschätzung von möglichen Folgen einer schweißtechnischen Reparatur und die Berechnung der Restlebensdauer sind Festigkeitswerte als Datenbasis von hoher Bedeutung. Das Projekt zielt darauf ab, die mechanische Nachbehandlung und insbesondere das höherfrequente Hämmern für UW-Anwendungen zu validieren und zu qualifizieren. Es soll ein praxistaugliches Qualitätssicherungskonzept entwickelt werden, um die Ermüdungsfestigkeit sicher zu erhöhen.
    Jahr: 2024
    Förderung: IGF-DVS
    Laufzeit: 05/2024 – 10/2026
  • Auswirkung einer Gleichstromimpulsüberlagerung auf den Prozess des E-Hand Schweißens unter Wasser
    Beim nassen Unterwasserschweißen steht der Schweißer in direktem Kontakt mit dem Wasser und führt den Lichtbogenprozess ebenfalls direkt in dieser Umgebung durch. In diesem Forschungsprojekt soll der Lichtbogen durch Modulation des Lichtbogenstroms in Form von Pulsprozessen beim manuellen Unterwasserschweißen optimiert werden. Hinsichtlich der Störungen durch die Blasenbildung bei der Zersetzung der Elektrodenumhüllung und der Steuerung des Metallübergangs werden durch die pulsartige Modifikation des Lichtbogenprozesses Fortschritte im tiefenabhängigen Unterwasserschweißprozess erwartet.
    Jahr: 2024
    Förderung: IGF-DVS
    Laufzeit: 04/2024 – 03/2026
  • Automatisierte Vorschubregelung bei der Elektrokontaktbearbeitung unter Wasser durch Auswertung und Nutzung der Lichtbogenparameter mittels KI-Methoden (AutArc)
    Im Rahmen des kerntechnischen Rückbaus müssen aktivierte Großkomponenten unter Wasser zerlegt werden. Eine vielversprechende Methode ist die Elektrokontaktbearbeitung, die sich durch geringe Rückstellkräfte sowie Eignung für große Wandstärken und komplexe Bauteilgeometrien auszeichnet. Herausforderungen bei dieser Technologie bestehen in der Abhängigkeit von Position, Kinematik und Vorschub im Prozess, von der Qualifikation und Erfahrung des Bedieners sowie von den Möglichkeiten der visuellen Prozessbeobachtung.
    Jahr: 2024
    Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung
    Laufzeit: 10/2024 – 09/2027
  • Zerstörungsfreie Charakterisierung von Beschichtungen und Werkstoffzuständen hochbeanspruchter Kalanderwalzen
    Mithilfe dieses Transferprojektes soll eine zustandsbasierte Regeneration von Kalanderwalzen ermöglicht werden. Hierzu erfolgt auf Basis der im SFB 871 Teilprojekt A1 gewonnenen Erkenntnisse eine Weiterentwicklung der eingesetzten zerstörungsfreien Prüftechniken, um eine differenzierte Befundung des Schichtsystems einer Kalanderwalze durchführen zu können. Gemeinsam mit dem Anwendungspartner wird auf Basis des zerstörungsfrei bestimmten Ist-Zustands der Kalanderwalze ein Modell entwickelt, aus dem erforderliche Regenerationsmaßnahmen und –zeitpunkte zustandsbasiert abgeleitet werden können.
    Jahr: 2023
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01/2023 – 12/2025
  • Entwicklung eines Greybox-Modells zur Prognose der Leistungsfähigkeit PVD-beschichteter Hartmetallwerkzeuge
    Obwohl der überwiegende Teil von Zerspanprozessen mit geometrisch bestimmter Schneide mit beschichteten Hartmetallwerkzeugen durchgeführt wird, ist das reale, komplexe Einsatzverhalten dieser Werkzeuge nach derzeitigem Stand der Forschung weder zufriedenstellend messbar, noch ausreichend modellhaft beschreibbar. Um eine wissensbasierte Qualifizierung PVD-beschichteter (physical vapour deposition) Werkzeuge durchführen zu können, ist die Kenntnis über Versagensbeginn, Verschleißfortschritt und Restlebensdauer erforderlich. Neben den Schichteigenschaften ändern sich zusätzlich die prozessbedingten Belastungen infolge des Werkzeugverschleißes. Da experimentelle Ansätze bisher nur begrenzt Aufschluss über die Lastspannungen geben, wird eine Prognose des diskontinuierlichen Schichtversagens zusätzlich erschwert. Das Ziel des Teilprojekts innerhalb des Schwerpunktprogramms liegt gemeinsam mit dem Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) im Verständnis der grundlegenden Wechselwirkungen zwischen dem instationären Belastungskollektiv und der Veränderung der Schichteigenschaften zur Ableitung von hochgenauen Modellen zur Vorhersage des Einsatzverhaltens PVD-beschichteter Zerspanwerkzeuge.
    Jahr: 2023
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01.08.2023 - 31.07.2026
  • Steuerung der Mikrostruktur von Titan Grad 5 durch Zugabe von Impf- und Flussmittel unter Steuerung der Abkühlrate beim Wire-and-Arc-Additive-Manufacturing
    Additive Fertigungsverfahren bieten das Potential, die Produktionskosten von geometrisch anspruchsvollen Titanbauteilen durch bessere Ressourceneffizienz reduzieren zu können. Wire-and-Arc-Additive-Manufacturing (WAAM) ist aufgrund seiner hohen Abschmelzleistung für die Fertigung von Mittel- bis Großbauteilen geeignet. Die prozessbedingte einseitige hohe Wärmeeinbringung führt jedoch zur Ausbildung einer unerwünschten, säulenförmigen dendritischen Mikrostruktur mit anisotropen mechanischen Eigenschaften. Durch Verwendung von Impf- und Flussmitteln kann die dendritische in eine äquiaxiale Mikrostruktur geändert werden. Kombiniert mit einem Temperaturmanagementsystem soll die Kornfeinung gefördert und der Grad der Ausscheidungen variabel einstellbar werden. Der Ansatz basiert auf Arbeiten, die im Teilprojekt B6 des SFB871 durchgeführt wurden. Im Rahmen des beantragten Transferprojektes sollen zusammen mit den Firmen EWM AG und EWM-EUEN GmbH WAAM-Bauteile mit isotropen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden, wobei das Festigkeitsniveau über dem von Titan-Schmiedeteilen liegen soll.
    Jahr: 2023
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01.01.2023 - 31.12.2025
  • Tiefenabhängige Steuerung von Lichtbogenstabilität, Porosität und dem Eigenschaftsprofil der Schweißnähte beim kontinuierlichen UW-Schweißen durch die Variation der Füllstoffzusammensetzung von UW-Doppelmantel-Fülldraht
    Ein kontinuierliches Schweißverfahren erhöht im Bereich des nassen UW-Schweißens die Planbarkeit der Schweißarbeiten. Allerdings hängen die außergewöhnlichen Bedingungen bei der Durchführung des nassen Unterwasserschweißens und die Komplexität der Erzielung hochwertiger Verbindungen weniger mit den technischen als vielmehr mit den thermischen und metallurgischen Eigenschaften dieses Verfahrens zusammen.
    Jahr: 2023
    Förderung: AiF-IGF
    Laufzeit: 04/2023 – 03/2025
  • Entwicklung einer fließfähigen und förderbaren Pulverabdeckung zum Schutz des Lichtbogens beim nassen Unterwasserschweißen mit Massivdraht
    Das nasse Unterwasserschweißen mit Stabelektroden ist das meistgenutzte Reparaturverfahren für Offshore-Strukturen. Die Qualität der Schweißnaht wird jedoch durch verschiedene Aspekte negativ beeinflusst. Die hohe Abkühlrate in der Wärmeeinflusszone, sowie die durch Wasserdissoziation entstehende hohe Wasserstoffkonzentration in der Lichtbogenatmosphäre, steigern das Risiko von Kaltrissen. Dies limitiert die Auswahl von UW-schweißgeeigneten Stahlsorten.
    Jahr: 2023
    Förderung: AiF-IGF
    Laufzeit: 04/2023 – 03/2025
  • Entwicklung eines Kaltriss-Tests und Ermittlung eines Wasserstoff-Grenzwertes für das nasse Unterwasserschweißen
    Ziel des Forschungsvorhabens ist die Ermittlung eines Wasserstoffgrenzwertes für das nasse Schweißen, in Abhängigkeit des Grundwerkstoffes, der Schweißparameter und der zu erwartenden Lasten. Im Offshore- als auch im Binnenbereich steigt der Bedarf an Unterwasserschweißungen. Insbesondere steigt die Nachfrage für Reparaturschweißungen an Bauteilen unterhalb der Wasseroberfläche, bei denen qualitativ hochwertige Schweißnähte nötig sind. Problematisch ist bei Lichtbogenschweißverfahren unter Wasser die Gefahr von wasserstoffinduzierten Kaltrissen.
    Jahr: 2023
    Förderung: AiF-IGF
    Laufzeit: 09/2023 – 12/2025
  • Entwicklung eines Systems zum wasserstoffbasierten autogenen Brennschneiden für die nachhaltige und energieeffiziente Produktionstechnik
    Ziel des Projekts „HydroCut“ ist die Entwicklung eines wasserstoffspezifischen und vollautomatisierten Brennersystems für das nachhaltige und zukunftssichere autogene Brennschneiden. Im Fokus der Forschungsaktivitäten stehen die bedarfsgerechte Flammenführung, -detektion sowie -einstellung. Dadurch soll eine Verbesserung der Flammeneinstellung und eine erhöhte Prozesssicherheit erreicht sowie der Automatisierungsgrad des Brennschneidprozesses erhöht werden.
    Jahr: 2023
    Förderung: AiF ZIM
    Laufzeit: 01.11.2023 – 31.10.2025
  • Online-Monitoring des Schädigungsverhaltens bei zyklisch hochbeanspruchten Offshore-Strukturen mittels ZfP-Prüftechniken
    Eine hohe Zuverlässigkeit von Offshore-Windenenergieanlagen ist entscheidend für einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlagen. Gerade Offshore entfallen gemäß dem Bundesverband WindEnergie (BWE) etwa ein Viertel der Gesamtkosten auf Service und Wartung der Anlagen. Damit liegen die Aufwände deutlich über denen für Onshore-Anlagen, die sich im niedrigen einstelligen Prozentbereich bewegen. Insbesondere die widrigen Umgebungsbedingungen, die zu einer höheren Beanspruchung führen sowie die schlechte und witterungsabhängige Zugänglichkeit sind für diese hohen Anteile verantwortlich. Intelligente Wartungs- und Servicekonzepte sind notwendig, um eine sicheren Betrieb und wirtschaftlichen Ertrag der Anlagen zu gewährleisten.
    Jahr: 2023
    Förderung: BMWK, IGF
    Laufzeit: 10/2023 - 03/2026
  • Untersuchung zum Wasserstoffgehalt in der Prozesszone und dem resultierenden Wasserstoffeintrag in das Schweißgut beim nassen Lichtbogen- und Laserstrahlschweißen (WaPro)
    Das Ziel dieses Forschungsvorhabens besteht in der Untersuchung des Wasserstoffgehaltes in der Prozesszone und dem resultierenden Wasserstoffeintrag in das Schweißgut. Ein wesentlicher Aspekt gilt hierbei dem Verständnis, an welcher Stelle der Prozesszone der Wasserstoff gebildet wird und wie sich die wesentlichen Prozesseinstellgrößen auf die Entstehung und Quantität auswirken. Ziel ist es ferner zu klären, wie sich die Wasserstoffkonzentration in der Prozesszone auf den Wasserstoffeintrag in die Schweißnaht auswirkt.
    Jahr: 2022
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 01.01.2022 - 31.12.2024
  • Galliumhaltige Reaktionslote
    Gegenstand des Vorhabens ist die Entwicklung von Reaktionslotsystemen, die sich schon bei einer Löttemperatur unterhalb von 450 °C verarbeiten lassen, aber nach dem Löten und einer Diffusionswärmebehandlung eine Wiederaufschmelztemperatur von mehr als 800 °C erreichen. Hierzu wird die Kombination aus bei niedriger Temperatur schon flüssigen Weichlotlegierungen (Zinn, Gallium) und hochschmelzenden Feststoffmetallen (z.B. Kupfer) untersucht. Um sicherzustellen, dass Flüssigmetall und fester Zusatzwerkstoff ein definiertes Verhältnis zueinander aufweisen und weitestgehend porenfrei sind, wird der feste Zusatzwerkstoff als offenporige Sinterstruktur, in die das Flüssigmetall infiltriert wird, ausgeführt. Diese Sinterstruktur kann entweder „freistehend“ erzeugt werden oder aber bereits auf einen der späteren Fügepartner als Beschichtung gesintert werden.
    Jahr: 2022
    Förderung: IGF-DVS
    Laufzeit: 03/2022 – 11/2024
  • Zerstörungsfreie Detektion des Restaustenitgehalts in der Wärmebehandlungsroute beim Härten von Wälzlagerstählen
    Unter ausreichender mechanischer Belastung wandelt Restaustenit spannungs- oder verformungsinduziert in Martensit um. Die Festigkeit und Duktilität eines Bauteils können somit zusätzlich gesteigert werden (TRIP-Effekt). Insbesondere bei Bauteilanwendungen mit Belastungsspitzen kann durch präzise eingestellte Restaustenitgehalte mit ausreichender Restaustenitstabilität eine beachtliche Lebensdauersteigerung erzielt werden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die zerstörungsfreie inline Erfassung und Bewertung des Restaustenitgehalts komplexer Wärmebehandlungslinien in verschiedenen Tiefenlagen mittels in-situ Wirbelstromprüftechnik.
    Jahr: 2022
    Förderung: AiF-IGF Vorhaben Nr.: 22623 N / 2
    Laufzeit: 01.09.2022 – 28.02.2025
  • Lastsensitive Zahnwelle mit sensorischem Werkstoff
    Zahnwellenverbindungen (ZWV) zählen zu den höchstbelasteten Maschinenelementen im Antriebsstrang und sitzen üblicherweise so zentral im Leistungsfluss, dass die von der ZWV erfahrene Beanspruchung sowie weitere an dieser Stelle aufgezeichnete Messgrößen zur Bewertung der weiteren kritischen Maschinenelemente eingesetzt werden können. Auftretende kritische Bauteilbeanspruchungen sollen mithilfe eines Werkstoffsensors in Kombination mit einer Wirbelstromprüfung detektiert werden
    Jahr: 2022
    Förderung: DFG - SPP2305
    Laufzeit: 01/2022 – 12/2024
  • Qualifizierung von metallischen Werkstoffen in Wasserstoffatmosphäre unter zyklischen Lasten
    In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Institut für Kautschuktechnologie e.V. (DIK) und der Firma HARTMANN VALVES GmbH entwickelt das Institut für Werkstoffkunde (IW) einen versprödungsresistenten Werkstoffverbund mit dessen Hilfe sich Armaturen und Wellheads in reiner Wasserstoffatmosphäre abdichten lassen. Ein weiterer Aspekt ist der Einfluss zyklischer Lasten, welche auf Armaturen, Wellheads oder Wasserstoffleitungen aufgrund von Druckänderungen wirken können. Die Auswirkungen wasserstoffbedingter Werkstoffdegradation im Zusammenspiel mit zyklischen Lasten auf die jeweilige Bauteillebensdauer ist integraler Bestandteil des Forschungsvorhabens.
    Jahr: 2022
    Förderung: NBank – Wasserstoffrichtlinie
    Laufzeit: 08/2022 – 12/2024
  • Implementierung eines Monitoringsystems zur Evaluierung der Korrosionsvorgänge an Behältermaterialien in Bentonit-basierten Endlagerkonzepten
    Übergeordnetes Ziel des IMKORB-Projektes ist die Entwicklung eines Monitoringsystems zur Durchführung von fernbestimmten Langzeit-In-situ-Untersuchungen bei Korrosionsexperimenten an Endlagerbehältermaterialien im Kontakt zu Bentonit in einem Untertagelabor. Die Entwicklung wird dabei unterteilt in die Erstellung einer Korrosionskarte zum einen und der Entwicklung einer geeigneten Messtechnik zum anderen. Im Rahmen der Erstellung der Korrosionskarte erfolgt eine detaillierte Charakterisierung der Korrosionsprozesse und der ermittelbaren Messgrößen.
    Jahr: 2021
    Förderung: BMWi/PTK
    Laufzeit: 01.08.2021 – 31.07.2025
  • Entwicklung vielkristalliner zweiphasiger CoNiAl-Formgedächtnislegierungen mit hoher funktioneller Stabilität
    Ziel des Projektes ist das Problem des Korngrenzenversagens in polykristalline Formgedächtnislegierungen zu überwinden. Die Strategie hierzu umfasst ein gezieltes Aufwachsen einer duktilen γ-Phase an den Korngrenzen und die Unterstützung einer reversiblen Umwandlung dieser Phase in ihre Tieftemperaturmodifikation (ε-Phase). Durch anschließende spannungsinduzierte Martensit-(SIM)-Alterung werden feinste folgende Ausscheidungen gebildet, die eine vollständige γ-ε-Umwandlung unterstützen.
    Jahr: 2021
    Förderung: DFG
    Laufzeit: 04/2021 – 03/2024
  • Transdisziplinäre Forschung zur Entsorgung hochradioaktiver Abfälle in Deutschland (TRANSENS)
    Radioaktive Abfälle müssen sicher entsorgt werden. Die sichere Entsorgung ist wissenschaftlich anspruchsvoll und wird in der Gesellschaft kontrovers diskutiert. Eine tragfähige Entsorgungslösung kann nur dann gefunden werden, wenn der Brückenschlag zwischen Gesellschaft und Wissenschaft gelingt. Bei TRANSENS wirken Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die interessierte Öffentlichkeit und weitere Akteure zusammen.
    Jahr: 2019
    Förderung: BMWi und Volkswagenstiftung
    Laufzeit: 01.10.2019 - 31.03.2025

SFB Regeneration

  • Strategien für die piezoaktorisch unterstützte Demontage von Schraubverbindungen
    Der Sonderforschungsbereich (SFB) 871 „Regeneration komplexer Investitionsgüter“ erforscht seit 2010 am Beispiel von zivilen Flugzeugtriebwerken die wissenschaftlichen Grundlagen der Regeneration. Die Motivation ist dabei, wie komplexe Bauteile effizient und ressourcenschonend erhalten und repariert werden können. Das match fokussiert und entwickelt im Transferprojekt T16 neuartige Strategien zur schonenden Demontage am Beispiel von Schraubverbindungen.
    Team: Richard Blümel
    Jahr: 2023
    Förderung: DFG

Letzte Änderung: 03.07.20 Druckversion

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