Upload
nadja-kerchner
View
109
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Innovationen…
Ego-Vortrag
RT15 Linz
im Oktober 2006
Innovationen: Was gibt es Neues? Supraleitung
Widerstand ist zwecklos
Presshärtende Stähle Stahl ist ein „Kunst-Stoff“
Supraleitung: Widerstand ist zwecklos
Die Entdeckung: Ist schon ein Weilchen her….
Super? SupraWie? Supraleitung: What‘s that?
Ein Schritt in „wärmere“ Gefielde Hochtemperatur-Supraleitung
Herstellung & Anwendung: Alles nur Keramik
SupraleitungIm Prinzip gar nicht mal so neu! Entdeckung der Supraleitung 1911 durch den Holländer
Kammerlingh Onnes am Element Quecksilber
Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926)
1913: Nobelpreis für Physik
Supraleitung tritt in
• gewöhnlichen Metallen (Hg, Pb, Nb, Al, ..)• Legierungen (Nb3Sn ...), • Oxiden• Anorg. & organischen Verbind.
in der Nähe des absoluten Temperatur - Nullpunkts (0 K = -273.15 °C) auf.
SupraleitungJetzt will ich‘s genau wissen! Der Zustand der Supraleitung wird durch zwei
Eigenschaften eindeutig festgelegt: Sprungartiger Abfall des elektrischen Widerstands bei der für jeden
Supraleiter typischen Sprungtemperatur Tc Verdrängung eines äußeren Magnetfeldes (Meissner-Effekt)
Bei Tc verschwindet der elektrische Widerstand
Im supraleitenden Zustand wird ein äußeres Magnetfeld verdrängt
SupraleitungAuch hier gibt’s unterschiedliche „Typen“ Durch ihr Verhalten im Magnetfeld lasses sich aber zwei
unterschiedliche Arten von Supraleitern unterscheiden:
• Supraleiter aus reinen Elementen • Beschränkter Nutzen, da sie kaum äußere Magnetfelder aushalten
• Verdrängt Magnetfeld nicht komplett • Großer Nutzen, da sie sehr viel höhere Magnetfelder widerstehen
SupraleitungJetzt will ich‘s genau wissen! Der Meissner-Effekt: Eine anschauliche Illustration
• Typ II Supraleiter (schwarz)
•Magnet (silber)
• Typ II Supraleiter verdrängt Magnetfeld nicht komplett
• Magentische Flusslinien werden im Supraleiter „verankert“
Jetzt wird’s deutlich wärmer!Hochtemperatur-Supraleitung 1986: Folgenschwere Entdeckung von
Dr. J. Bednorz und Prof. Dr. K. Müller auf der Suche nach Supraleitern mit höherer Sprungtemperatur Keramische Verbindung aus La, Ba, Cu
und Sauerstoff
1987: Nobelpreis an Bednorz und Müller für diese Entdeckung
Kühlung jetzt mit flüssigem Stickstoff möglich!
Hochtemperatur-SupraleiterHerstellungsroute ähnlich einer Keramik
Ausgangssubstanzen: Yttrium-Oxid Bariumcarbonat Kupfer-Oxid
Vermischen & Glühen @900°CReaktionsgleichung:Y2O3 + BaCO3 + CuO YBa2Cu3O6 + 6 CO2 + O2
Mahlen, Pressen & Sintern
SupraleiterBestehende und mögliche Anwendungen Magnetschwebebahn á la Trans-Rapid
• Derzeit: Schweben wird mit Kupferspulen und einem Magneten realisiert
• Zukunft: TU Dresden arbeiten an einem Konzept „SupraTrans“ auf Basis eines Supraleiters
SupraleiterBestehende und mögliche Anwendungen Energietechnik
Kabel (Pirelli GmbH, American Superconductors …) Absenkung der Übertragungsverluste Bei gleichem Durchmesser lässt sich mehr als die 3fache
elektrische Leistung übertragen. 2007 supraleitendes Kabel vom Festland nach Long Island!
Generatoren, Motoren… (von Siemens realisiert) Verluste sinken drastisch; Reduzieren des Bauvolumens auf die Hälfte Transformatoren mit supraleitenden Wicklungen bieten höhere Leistung
bei geringerem Gewicht. Einsatz z.B. bei Bahnen, um das Gewicht der Lokomotiven zu verringern.
SupraleiterBestehende und mögliche Anwendungen Telekommunikation
Verlustarme Leitungen Frequenzfilter höchster Güten
Werden bereits in US in Basisstationen der mobilen Kommunikationstechnik, Satelliten usw. eingesetzt
Elektronik Rauscharme Schaltkreise Miniaturisierte Bauelemente Taktfrequenzen in einigen 100 GHz realisierbar
SupraleiterBestehende und mögliche Anwendungen Medizintechnik
Kernspin-Tomografie Aus der technischen Diagnostik nicht mehr wegzudenken Supraleitende Magnete bilden dabei die grundlegende technische
Voraussetzung. Kühlung mit flüssigem Helium (-269 °C)
Sensoren zur Erfassung geringster Magnetfelder durch Aktivitäten von Herz bzw. Gehirn Sensitivität: 10-9 Tesla
(vgl. Erdmagnetfeld 10-4 Tesla)
Themenwechsel
Von – 269°C auf weit über 1000°C
Stahl ist ein „Kunst-Stoff“
Werkstoffentwicklung Ein Überblick
Latest Technology: Presshärtende Stähle Jetzt wird’s richtig heiß
Anforderungen liefern Innovationen Anforderungen an die Karosse bzw. den Werkstoff bedingen
die Weiterentwicklung des attraktiven Werkstoffs Stahl
Anforderung an die Karosserie Anforderung an den Werkstoff
„Einstellbarkeit“ des Werkstoffes Stahl Bei der Stahlherstellung bestimmt der Kohlenstoffgehalt
wesentlich die Kristallstruktur des Eisens
Was bestimmt das mechanische Eigenschaftsspektrum von Werkstoffen wie Stahl?
In metallischen Werkstoffen sind die Atome in einer Gitterstruktur regelmäßig angeordnet
Aber nobody is perfect: Ein metallischer Werkstoff besteht nicht aus einem perfekten Kristall, sondern aus Vielen kleinen Kristallen und Beinhaltet viele Imperfektionen
Diese Imperfektionen bestimmen ganz wesentlich die Eigenschaften und sind daher gezielt einzustellen und zu kontrollieren
Imperfektionen im Werkstoff Stahl Der Verbund der einzelnen Kristalle bildet das Gefüge
Der Ausgang: Weichstähle Weichstähle zeichnen sich durch ein hohen
Umformvermögen aus (Tiefziehstähle)
Weiterentwicklung der 90-Jahre:Weichstähle mit besten Umformeigenschaften IF-Stähle: DX53D, DX54D …
Weiterentwicklung der 90-JahreKonventionelle Höherfeste Stähle Antwort der Stahlindustrie auf die damalige Audi Karosse
aus Aluminium Erhöhung der Zugfestigkeit von Stahl mit dem Ziel der Gewichtsreduktion der Karosserie
Was erwartet die Automobilindustrie von der Stahlindustrie? Wohin der Weg führt: Noch fester & dehnbarer
Die jetzige Weiterentwicklung:Multiphasenstähle Durch Beimischen von Legierungselementen und gezielte
Wärmebehandlungen kann das Gefüge beeinflusst und eingestellt werden.
Anwendung höchstfester Stähle Typische Bauteile der Karosserie sind z.B.
B-Säule Tunnel
Verstärkungsprofile
Trend: Werkstoffmix Werkstoffvielfalt am Beispiel Audi A6
Trend: Werkstoffmix Werkstoffvielfalt am Beispiel Opel Signum
Die Innovation für den Automobilbau:Presshärtende Stähle Gezielte Wärmebehandlung ermöglicht eine 6-fachen
Festigkeitsanstieg gegenüber konventionellen Stählen!
Die Innovation für den Automobilbau:Presshärtende Stähle Warum gerade Presshärtende Stähle?
… Leichtbau … Einsparung im Gewicht der Karosserie ermöglicht auch Treibstoffreduktion
… SicherheitHohe Festigkeit wichtig für Crash-relevante
Bauteile, z.B. Seitenaufprallträger
Die Innovation für den Automobilbau:Presshärtende Stähle Festigkeitsniveaus von 1500 MPa und darüber darstellbar
(6 x so fest wie Weichstähle) An einem 3mm dicken Draht aus diesem Stahl, kann man ein Auto
aufhängen!! jüngste Seitencrashanforderungen können – bei geringen Blechdicken –
erfüllt werden hohe Karosseriesteifigkeiten
Keine Rückfederung hohe Stabilität der Geometrie der Bauteile
Komplexe Geometrien bei hohen Festigkeiten darstellbar Reduktion der Anzahl der Bauteile möglich
Die Innovation für den Automobilbau:Presshärtende Stähle
3. Erwärmen 4. Formhärten
1. Platinen schneiden 2. Kaltumformen
5. Oberflächen - 6. Qualitätskontrolle konditionierung
Indirekte Warmumformung: Der voestalpine-PHS Prozess
Die Innovation für den Automobilbau:Presshärtende Stähle Indirekte Warmumformung oder das Formhärten im Detail
Bauteile werden zuerst im kalten Zustand tiefgezogen
Formhärten des heißen Bauteils in eigener Presse mit Abkühl-
geschwindigkeiten bis 300°C/sek
Erwärmen auf 900°C im Durchlaufofen
Die Innovation für den Automobilbau:Presshärtende Stähle Anlage zum Formhärten bei VW in Kassel
Die Innovation für den Automobilbau:Presshärtende Stähle Anlage zum Formhärten bei VW in Kassel
Die Innovation für den Automobilbau:Presshärtende Stähle Weiterer USP: Zink-Beschichtung mit kathodischem Korrosionsschutz
Problem beim Erwärmen des Werkstoffs auf 900°C: Zink wird bei 440°C flüssig und verdampft bei 907°C
Stahl
Zinkschicht
ZnO
ZnZn
Zinkoxidation
Zn Zn
FeFe
StahlPHS:HT1500PS Z 200,1,3 mm, 900°C/5min
Eisen-Zink Schicht
Lösung:Man gebe ein wenig Aluminium in die Beschichtung, was beim Erwärmen zu einer Aluminium-Oxid Schicht an der Oberseite führt und somit ein Abdampfen von Zink verhindert!
Die Innovation für den Automobilbau:Presshärtende Stähle Volvo XC90: ca. 28 kg der Karosserie aus PHS
(Gewichtsersparnis 15 kg/Karosse)
Die Innovation für den Automobilbau:Presshärtende Stähle VW-Passat: ca. 45 kg der Karosserie aus PHS
HT1500PS
Original Bauteil aus voestalpine Werkstoff
ultraform
Die wichtigsten Innovationen …
… sind jene, die das Denken verändern .
Noch Fragen?