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RUBIN Wissenschaftsmagazin

Ein Lichtschwert hat das Team am Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik noch nicht entwickelt. Aber eine Art Traktorstrahl zum berührungslosen Festhalten von Objekten ist jeden Tag im Einsatz: die optische Pinzette, die mit Laserlicht arbeitet.
Maschinenbau

Strukturen berührungslos zusammensetzen

Objekte berührungslos mit Licht festhalten und bewegen – das klingt nach einer Vision aus Science-Fiction-Filmen. Am Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik ist das Alltag.

Der große Augenblick: Jan Alsters öffnet mithilfe des frisch gedruckten Hebels ein Ventil am Pumpenstand.
Maschinenbau

Unterwegs mit den Maschinenbauinformatikern

Technische Anlagen sind oft unübersichtlich, und Ursachen für Störungen schwer zu finden. „Augmented Reality“ könnte die Lösung sein. Wer die reale Welt virtuell erweitert, hat bessere Chancen, dem Fehler auf die Schliche zu kommen.

Der Offshore-Windpark alpha ventus
Maschinenbau, Umwelttechnik

RUB-Ingenieure erstellen erstmals eine Ökobilanz für einen Offshore-Windpark

Windkraftanlagen sind im Betrieb verglichen mit Kohlekraftwerken wesentlich umweltfreundlicher. Das ist unbestritten. Aber Herstellung und Aufbau eines Windparks verbrauchen jede Menge Energie. Lohnt es sich trotzdem, in die regenerativen Energien zu investieren? Und wenn ja, wie lang muss man per Windkraft Strom erzeugen, bevor sich die Anlage aus Sicht der Umwelt amortisiert? Als erste weltweit haben RUB-Ingenieure diese Fragen für einen Offshore-Windpark beantwortet – mit einer Ökobilanz für „alpha ventus“.

Prototyp des Wirbelsäulenimplantats, hergestellt durch 2-C-MIM. Die Grenze zwischen dem porösen Teil des Implantats und dem dichten Teil ist klar zu erkennen.
Maschinenbau, Medizin

Materialforscher entwickeln Herstellungsverfahren für poröse Implantate

Knochenersatz wie eine künstliche Hüfte muss vielen Ansprüchen genügen: Implantate müssen verträglich und haltbar sein, ähnliche Eigenschaften haben wie der Knochen und sich gut mit diesem verbinden. Titan ist wegen seiner guten Bioverträglichkeit seit langem als Implantatmaterial im Einsatz. Jülicher Forscher arbeiten daran, die Eigenschaften der Titanmaterialien immer weiter zu verbessern und die Herstellungsverfahren speziell für poröse Implantatwerkstoffe zu optimieren.

Bolko Buff mit den beiden Robotern, die ein Blech umformen.
Maschinenbau

Neues Blechumformverfahren macht Prototypen und Designstudien preisgünstig

Es sieht aus, als würden die beiden orangefarbenen Riesen eine synchrone Pantomime aufführen. In Wirklichkeit formen die Roboter gerade aus einem Blech eine Motorhaube. Durch gleichzeitiges Abfahren einer zuvor berechneten Bahn mit Druck und Gegendruck entstehen Werkstücke aus Metall, ohne dass es dafür einer Form bedarf. Das macht die Fertigung bei kleinen Stückzahlen erschwinglich.

Computersimulationen sind eine elegante Alternative zum Experiment, um Wissenslücken über Werkstoffeigenschaften zu schließen.
Maschinenbau

Interdisziplinäre Materialsimulation zu leichten Elementen in Eisen und Stahl

Am Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS) entwickelte Computersimulationsmethoden helfen, den Einfluss von Wasserstoff und anderen leichten Elementen auf die Stabilität und weitere mechanische Eigenschaften von Stahl zu untersuchen. Die Ergebnisse erlauben es zum Beispiel, Schädigungsmechanismen vorzubeugen. Auch konnten ganz neue Werkstoffe theoretisch vorhergesagt werden.

Stahlprobe für Versuche zur Wasserstoff induzierten Spannungsrisskorrosion
Maschinenbau

RUB-Ingenieure untersuchen Gefahren durch Wasserstoff in hochfesten Stählen

Dass moderne Autos in Zukunft nicht nur Benzin, Diesel oder Autogas tanken, sondern mit emissionsarmem Wasserstoff betrieben werden sollen, ist seit einigen Jahren Ziel von Forschung und Entwicklung. Wasserstoff kann aber nicht nur Treibstoff, sondern auch problematisch sein: Seine Anwesenheit in hochfesten Stählen, aus denen moderne Karosserien gefertigt werden, kann ohne Vorwarnung zu Rissen führen, und diese wiederum zum Versagen von Bauteilen.

Die Raster-Kelvinsonde misst elektrochemische Potentiale an verborgenen Grenzflächen.
Maschinenbau

Neue Korrosionsschutzschichten sollen Defekte selbstständig heilen

Erst bildet sich ein Schorf, dann wächst die neue Haut darunter nach – das Prinzip eines biologischen Heilungsprozesses könnte Vorbild für selbstheilende Korrosionsschutzschichten werden. Zum Beispiel: Korrodiert eine defekte Zinkbeschichtung, dann bildet sie – vergleichbar einem Schorf – eine dünne Schicht aus. Während sie das darunter liegende metallische Werkstück schützt, kann die „neue Haut“ darüber wachsen und die Schutzschicht wieder verschließen. Diesen Selbstheilungseffekt wollen Materialwissenschaftler nun gezielt durch Wirkstoffe aktivieren, die sie über Kapseln oder Partikel in die Beschichtungen bringen.

Techniker Karl-Heinz Rauwald arbeitet an der Beschichtungsanlage. Beschichtet wird mit einem Plasma; der Brenner hat 120 bis 150 Kilowatt. Besonderheit: Die Anlage kann auch mit gasförmiger Keramik beschichten, d.h. statt mit Partikeln mit einzelnen Molekülen.
Maschinenbau

Kraftwerke umweltschonender machen

Die Vorräte an fossilen Brennstoffen gehen zur Neige, ihre Verbrennung setzt CO2 frei – aber komplett verzichtbar sind sie (noch) nicht. Um trotzdem umweltund klimafreundlicher zu sein, brauchen Kraftwerke neue Werkstoffe. Sie schützen Komponenten, sodass bei höheren Temperaturen mehr aus den Brennstoffen herausgeholt werden kann. Und sie helfen, CO2 aus dem Rauchgas abzutrennen, um es klimafreundlich zu speichern. Forscher der RUB und des Forschungszentrums Jülich arbeiten an Werkstoffen, die das bewerkstelligen sollen.

Spiegelofen der Versuchsanlage zur thermomechanischen Ermüdungsprüfung.
Maschinenbau

Werkstoffe unter extremen Bedingungen fordern Werkstoffwissenschaften heraus

Treibstoff sparen, CO2-Emissionen senken, unfallfrei fliegen – das sind die großen Herausforderungen für die Luftfahrt. Werkstoffe spielen dabei eine zentrale Rolle. Sie sollen leicht sein, eine hohe Festigkeit aufweisen und extremen Temperaturen standhalten. Zudem müssen die verwendeten Werkstoffe zuverlässig funktionieren, damit das Flugzeug nicht nur leicht ist, sondern die Passagiere auch unbeschwert abheben können.

Probe nach Tieftemperatur-Zugversuch
Maschinenbau

Hochfester Stahl mit sehr geringer Magnetisierbarkeit bei extrem tiefen Temperaturen

Die Befestigungen starker Magnete im Elektronenspeicherring BESSY II in Berlin bestehen heute aus Titanlegierungen. Ihre Festigkeit ist extrem hoch und ihre Wechselwirkung mit Magnetfeldern ist auch bei tiefen Temperaturen gering – leider sind sie aber auch sehr teuer. Bochumer Forscher machten sich gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin, dem BESSY-Betreiber, auf die Suche nach günstigeren Werkstoffen mit vergleichbaren Eigenschaften.

Bis zu 30 cm lang und extrem dünn können geflochtene Stents sein – und noch dazu sind sie preisgünstiger als herkömmliche, lasergeschnittene Formgedächtnis-Stents (rechts).
Maschinenbau

Bochumer Forscher optimieren Gefäßimplantate mit Gedächtnis

Formgedächtnislegierungen sind hervorragend geeignet als Werkstoff für Gefäßimplantate. Sie „erinnern“ sich nach Verformungen an ihre Ursprungsform und nehmen sie immer wieder ein wie ein elastisches Blutgefäß. Im Institut für Werkstoffe der Ruhr-Universität beschäftigen sich Forscher seit über zehn Jahren mit diesen Werkstoffen. Die Forschungsgruppe Medizinische Werkstoffe/Biomaterialien arbeitet an neuen Fertigungsalternativen auf der Basis eines Flechtverfahrens.

 Stahlprobe vor der Analyse. Die Belastungstests unter hohen Drücken und Temperaturen dauern Tage. Am Kerb bilden sich kontrolliert Risse.
Maschinenbau

Wie Hitze die Mikrostruktur von Stahl durcheinanderbringt

Irgendwann schafft die Hitze jeden. Bei Temperaturen von mehr als 560°C, wie sie im Inneren von Kraftwerken herrschen, geben nach einer Weile auch die robustesten Rohre und Turbinen auf. Wie bei hohen Temperaturen und Drücken Risse im Stahl entstehen, untersucht RUB-Juniorprofessorin Dr. Victoria Yardley. Denn nur, wenn man die Schwachstellen der heute verwendeten Materialien kennt, können in Zukunft widerstandsfähigere Werkstoffe hergestellt werden.

Versuchsanlage für Kriechversuche mit Minikriechproben
Maschinenbau

Werkstoffwissenschaftler erforschen Veränderungen in Hochleistungsmaterialien bei extremen Temperaturen

Flugzeuge und Kraftwerke sind aus unserer modernen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Damit ihre Turbinen bei Temperaturen über 1000°C funktionieren, bedarf es besonderer Werkstoffe. So genannte einkristalline Superlegierungen sind in diesem Anwendungsbereich besonders wichtig, doch auch an diesen Hochleistungsmaterialien geht die Dauerhitze nicht spurlos vorbei. Der Lehrstuhl Werkstoffwissenschaft der RUB untersucht die Superlegierungen, um zu verstehen, wie sich durch Belastung bei extremer Hitze Versetzungen in den Substrukturen bilden. Für diesen Zweck wurde eine spezielle Miniaturprobe entwickelt.

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Themenschwerpunkt: Wenn Science-Fiction und Forschung verschmelzen

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