CD-Labor for Fertigungsprozessbasierte Bauteilauslegung

Dieses CD Labor erforscht wesentliche Parameter der Materialermüdung bei Aluminium- und Stahlgussteilen. Dadurch soll der Designprozess hoch komplexer Gussteile auf Basis der zugrundeliegenden ermüdungsrelevanten Eigenschaften vereinfacht und besser kontrollierbar werden.

Die Beurteilung der Materialermüdung von zyklisch belasteten Metallteilen, wie sie in der Automobil- und Eisenbahnindustrie zum Einsatz kommen, ist nach wie vor eine wesentliche Herausforderung im Auslegungsprozess. Der technologische Fertigungsprozess Gießen beinhaltet Gefügemerkmale wie Poren und Einschlüsse, welche die Ermüdungsfestigkeit von Aluminium- und Stahlgussbauteilen signifikant beeinflussen können. Dennoch sind diese Imperfektionen ein unvermeidbares, prozessbedingtes Merkmal, welches jedem Gussteil anhaftet. Die Auswirkungen derartiger Imperfektionen auf die Ermüdungsfestigkeit eines Gussteils hängen maßgeblich von ihrer Größe und Form, ihrem Abstand zu anderen Ungänzen und zur Oberfläche ab.

Ziel dieses CD Labors ist es, diese Gefügemerkmale lokalisiert zu charakterisieren, wobei sowohl einzelne als auch Netzwerke von Imperfektionen berücksichtigt werden. Daraus kann ein statistischer Qualitätsindex abgeleitet werden, welcher zum einen dafür genützt wird die lokale Belastbarkeit eines bestimmten Bauteils einzuschätzen, aber es auch ermöglicht den Design- und Produktionsprozess erheblich zu verbessern.

Die Arbeiten widmen sich sowohl Aluminium- als auch Stahlgussteilen, welche grundlegend unterschiedliche Merkmalcharakteristika in verschiedenen Längenskalen aufweisen. In einem ersten Schritt sollen Imperfektionen, in nach aktuellen Fertigungsprozessen hergestellten Gussteilen, evaluiert und klassifiziert werden. Im Weiteren sollen die Folgen charakteristischer Imperfektionen für die lokale Ermüdungsfestigkeit durch entsprechende Versuche betriebsfest evaluiert werden. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden Qualitätsfaktoren unter dem Aspekt des Größeneinflusses und der statischen Verteilung der extremalen Imperfektionen als technologische Gefügemerkmale des Herstellprozesses definiert.

Die Forschung dieses CD Labors wird es somit ermöglichen, die Ermüdungsfestigkeit von zyklisch belasteten Gussteilen aus Aluminium oder Stahl besser beurteilbar zu machen und das Bauteildesign sowie den Fertigungsprozess entsprechend zu optimieren.