Forschungs- und Entwicklungsprojekte

„Hochentropische Werkstoffe für Umformwerkzeuge – HEW-Form“
Umformwerkzeuge für die Herstellung von Blechstrukturen in der Automobilindustrie unterliegen sehr hohen thermischen und mechanischen Belastungen. Um die Standzeit zu verlängern und die möglichen Belastungen zu reduzieren, sollen im Rahmen des Projektes hochentropische Werkstoffe aus dem System Al-Co-Cr-Fe-Ni systematisch erforscht und mit additiver Fertigung auf die späteren Formenwerkzeuge aufgebracht werden.

In dem Forschungsvorhaben soll erstmals ein hochentropischer Werkstoff für den Einsatz in hochbelasteten Umformwerkzeugen entwickelt werden. Ausgangspunkt sind AlxCoCrFeNi‐Legierungen, die auf legierungs‐ und prozesstechnischen Wegen optimiert werden sollen, so dass ein hochfester Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit und exzellentem Verschleißverhalten entsteht.

Als Fertigungstechnologien sollen die laser‐basierten additiven Verfahren Laser Additive Manufacturing (LAM) pulverbett‐basiertes Selective Laser Melting (SLM) und pulverdüse‐basiertes Laser Metal Deposition (LMD) eingesetzt werden. Mittels LAM können Werkzeugeinsätze konturnah und damit materialeffizient auf ein Substrat stoffschlüssig aufgebracht werden. Verfolgt wird ein hybrider Fertigungsansatz, wobei die Masse des Werkzeuges aus einem kostengünstigen Stahl gefertigt wird.

In dem Projekt wird eine anwendungsnahe, an der Wertschöpfungskette orientierte F&E‐Strategie verfolgt. Neben einer umfangreichen Analyse und Werkstoffprüfung der Legierungskonzepte erfolgt auch eine Praxiserprobung. Am Ende der Entwicklung soll erstmalig ein Demonstrator-Werkzeug aus einem hochentropischen Werkstoff stehen, das im Feldversuch getestet wird und wertvolle Erkenntnisse bezüglich der Eignung hochentropischer Werkstoffe für Werkzeuge liefern wird.

Die im Konsortium vertretenen Firmen aus NRW sichern mit ihren Geschäftsfeldern die Verwertung der Ergebnisse nach Projektende. Mittel‐ und langfristig wird durch den innovativen Werkstoff‐ und Fertigungsansatz die Wettbewerbsfähigkeit am Standort NRW sichergestellt.

Partner des dreijährigen Verbundprojektes (Start: 01.01.2017), das sich im Leitmarktwettbewerb NeueWerkstoffe.NRW erfolgreich durchgesetzt hat, sind die Dörrenberg Edelstahl GmbH, die Kirchhoff Automotive GmbH, das Fraunhofer Institut für Lasertechnik, die Ruhr‐Universität Bochum, Access e.V. und die W.S. Werkstoff Service GmbH.

W.S. Werkstoff Service wird im Rahmen des Projektes u.a. die entwickelten Werkstoffe unter Hochtemperaturbedingungen (bis 700°C) charakterisieren. Hierfür kommt eine hochmoderne Hochtemperatur-Prüfeinrichtung für Zug- und Druckversuche mit einem berührungslosen Laser-Extensometer zum Einsatz.

Das Projekt wird mit Mitteln des Europäischen Fonds und des Landes NRW für regionale Entwicklung (EFRE) unterstützt.
 

„Sensorik zur Schadensüberwachung von Radsatzwellen in Schienenfahrzeugen – SAFE On-Line“
Die Erkennung von Schäden an Radsatzwellen stellt seit geraumer Zeit eine der größten Herausforderungen im Schienenverkehr dar, da diese durch nicht-kalkulierbare und nicht-vorhersagbare Einzelereignisse entstehen.

In dem beantragten Projekt soll eine Software- und Hardwarearchitektur für ein permanent installiertes, robustes und energieeffizientes Sensorsystem zur Schadensüberwachung von Radsatzwellen entwickelt werden. Die Basis bildet eine neues Mess- und Analyseverfahren auf Grundlage von Ultraschallwellen (Ultrasonic Guided Waves & Principal Component Analysis), wobei Signale von permanent an der Radsatzwelle installierten Sensoren gesendet und empfangen werden.

Für den Bahnverkehr würde die erfolgreiche Entwicklung einen signifikanten technologischen
Fortschritt bedeuten. Neben der Erhöhung des Sicherheitsniveaus würden sich erhebliche
Kosten- und Ressourceneinsparungen in der Wartung (zustandsorientierte Instandhaltung) und durch die Steigerung der Verfügbarkeit der Züge erzielen lassen. Insbesondere könnten die heute regelmäßig in den Instandhaltungswerkstätten durchgeführten stationären Ultraschallprüfungen mit konventionellen Verfahren, welche nach wie vor eine komplexe Prüfsituation darstellen, durch die neue Sensorik substituiert werden.

Die wesentlichen Herausforderungen des Projekts liegen im experimentellen Nachweis der
Funktionstüchtigkeit der Sensorik und der Validierung der Messtechnik mit den Schwerpunkten Signalgenerierung, Messstellenmanagement, Datenerfassung, -übertragung und -auswertung für die anspruchsvollen Betriebsumgebungen des Radsatzes (Stöße, Feuchtigkeit, Schmutz, Temperaturen, …).

Neben dem Knowhow-Gewinn der KMUs profitiert der Standort NRW auch von der Schaffung neuer Arbeitsplätze, da alle Tätigkeiten von der Forschung bis zur Anwendungsentwicklung und der späteren Geräteherstellung sowie des Geräteservice von in NRW ansässigen Instituten bzw. Firmen und deren Mitarbeitern ausgeführt würde.

Partner des dreijährigen Verbundprojektes (Start: 01.05.2017), das sich im Leitmarktwettbewerb MobilitätLogistik.NRW erfolgreich durchgesetzt hat, sind die Bombardier Transportation GmbH, die Universität Siegen, die SONDEV GmbH und die W.S. Werkstoff Service GmbH.

W.S. Werkstoff Service wird im Projekt mit folgenden Schwerpunkten mitwirken: Abstimmung/Begutachtung der Sicherheitsarchitektur der Messtechnik, Koordinierung aller Tätigkeiten für die Vorbereitungen für die Nachweisführung „Funktionale Sicherheit“, Erstellung der Spezifikationen für Testprogramme und Validierungsverfahren, fachliche Begleitung der Test- und Validierungsprogramme.

Das Projekt wird mit Mitteln des Europäischen Fonds und des Landes NRW für regionale Entwicklung (EFRE) unterstützt.