Innovate 1/07

TITEL
WunderbareWelt
Wunderbare Welt
Maßarbeit macht
Modernste Analysegeräte
ermöglichen Professor
Martin Stratmann
den Blick in die Welt der
Atome. Er ist Spezialist
für Stahloberflächen.

WERKSTOFFE
Mit einem neuen Forschungsinstitut an der Ruhr-Universität Bochum stellt
ThyssenKrupp die Weichen für die Zukunft der Werkstoffentwicklung
✎ KARIN M ICHAELIS Í M ARCUS G AAB FÜR T HYSSENK RUPP
Crashsichere Autos, hygienisch verpackte Lebensmittel, Kleidung
mit UV-Schutz, CDs oder Zahnfüllungen: Werkstoffe
bestimmen unseren Alltag. Sie standen bei der Geburt der Industriegesellschaft
Pate, sie machten den Siegeszug der Informationstechnologie
erst möglich. „Zwei Drittel aller technischen
Innovationen hängen direkt oder indirekt von den Eigenschaften
und der Raffinesse der verwendeten Materialien ab“, sagt
ThyssenKrupp-Konzernchef Ekkehard Schulz. Hochleistungswerkstoffe
seien der Schlüssel zu unserer Zukunft.
Dabei regen gerade bereits bekannte Werkstoffe die Fantasie
der Wissenschaftler an. Von außen betrachtet, mag ein Stahl dem
anderen gleichen, mal heller, mal dunkler, mal stumpfer, mal
glänzender, doch es sind die inneren Werte, die zählen. In der
millionenfachen Vergrößerung entdecken die Forscher immer
neue Seiten an Metallen, Kunststoffen und Keramiken. „Jede neue
Brücke hängt an mikroskopischen Erkenntnissen“, sagt denn
auch Professor Wolfgang Bleck, Direktor des Instituts für Eisenhüttenkunde
an der RWTH Aachen. „Jeder Newton an Festigkeitszuwachs
erfordert einen neuen Werkstoff.“ Und oft genug
steckt hinter einem unspektakulären Namen ein Knüller: Materialien
wie TRIP 700 machten zum Beispiel den Karosserie-Leichtbau
aus Stahl möglich (siehe Seite 14).
Das Umformverhalten
von Stahl gehört zu
den Schwerpunkten
von Professor Wolfgang
Bleck. Hier: mit
einem Messraster versehene
Stahlproben.
der Werkstoffe
aus Materialien Multitalente
Wobei die Zukunft der interdisziplinären Forschung gehört.
Als „Weichenstellung für die europäische Forschung“, bezeichnet
Bleck das von ThyssenKrupp geförderte Forschungsinstitut zur
Entwicklung neuer Werkstoffe an der Ruhr-Uni Bochum. Am
„Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulations“,
kurz ICAMS, werden Physiker, Chemiker und Mathematiker sowie
Werkstoffingenieure an dem einen Ziel arbeiten: maßgeschneiderte
Werkstoffe auf Basis computergestützter Simulationsverfahren
zu entwickeln. Die RWTH Aachen, das Max-
Planck-Institut für Eisenforschung und das Forschungszentrum
Jülich sind als wissenschaftliche Partner eingebunden. Von Industrieseite
sind Bayer Material Science, Salzgitter Mannesmann Forschung
und Robert Bosch an Bord. Das Institut ist eine Investition
ThyssenKrupps in die Zukunft.
Der große Unterschied zu früher: Werkstoffe werden heute
designt. „Wir finden Effekte nicht mehr per Zufall, sondern gehen
systematisch vor“, beschreibt Bleck seine Forschungstätigkeit. Die
Werkstoffparameter, wie Kristallgittertyp, chemische Zusammensetzung,
Zusatzstoffe oder Mikrostruktur, lassen sich in einer nahezu
unendlichen Vielfalt variieren und das jeweils gewünschte Eigenschaftsprofil
lässt sich definiert einstellen. Das Ergebnis sind Stähle
mit Eigenschaften, die man dem seit 3000 Jahren bekannten Werkstoff
niemals zugetraut hätte. Seit 1960 haben kreative Köpfe wie
der langjährige ThyssenKrupp-Forschungsleiter Wilfried Prange
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über 2000 verschiedene Stähle entwickelt, von den wabenförmigen
Edelstahlfolien für Katalysatoren über das künstliche Hüftgelenk
bis zur Konservendose. Auch die kühne, wie ein Schiff unter vollen
Segeln anmutende Brücke über den Hoofdvaart Kanal in Belgien
besteht fast ausschließlich aus Stahl. Ein 59 Meter langer, weit in die
Landschaft ragender Stahlpylon trägt dabei über Stahlseile das
Hauptgewicht der Brücke. Und immer noch sind die Forscher
überzeugt, dass man beim Stahl erst bei 20 Prozent seiner Möglichkeiten
angelangt ist. Jetzt gilt es, den großen Rest zu erschließen.
Das Forschungsinstitut ICAMS kann mit virtuellen Werkstoffkonstruktionen
die Grundlagen erarbeiten. „Die Ab-initio-
Modellierung, bei der lediglich auf Naturkonstanten basierend
neue Werkstoffe berechnet werden, ist der nächste Innovationsschritt
in der Werkstoff-Forschung“, erläutert Bleck. „Denn viele
atomare Prozesse und Vorgänge sind im Labor-Experiment nicht
mehr beobachtbar.“ Um bestimmte Phänomene zu erklären, ist
man deshalb auf Hypothesen angewiesen, die auf physikalischen
Gesetzen und Theorien beruhen. Am neuen Institut nun will man
zum Beispiel berechnen, wie sich ein einzelner Kristall im Verbund
von Milliarden weiterer Kristalle verhält. So ließen sich in
ferner Zukunft sogar Prognosen über das Langzeitverhalten der
zunächst nur in Form von Bits und Bytes existierenden Werkstoffe
machen. Ein Riesensprung in eine neue Wissenschaftsmethodik.
Anfang 2008 soll das Institut seine Arbeit aufnehmen.
Als geistiger Vater des ICAMS gilt Professor Martin Stratmann,
Direktor des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung. Atome sind
seine Welt. „Mein tiefes Interesse gilt der Oberfläche“, erklärt er. Er
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Das „Tailored Blank“
gilt als Erfindung von
Wilfried Prange.
Das lasergeschweißte
Stahlblech unterschiedlicher
Dicke und Güte
ermöglicht, Bauteile
an lokale Belastungen
anzupassen. Es revolutionierte
die Automobilkonstruktion.
will die atomaren Strukturen und Reaktionen von Stahloberflächen
oder deren Grenzflächen zu anderen Werkstoffen umfassend
verstehen. Ein aktuelles Forschungsprojekt: ein neuartiger Zink-
Magnesium-Überzug für Feinbleche, den er mit dem Dortmunder
OberflächenCentrum der ThyssenKrupp Steel AG entwickelte.
Diese Schutzschicht bietet einen mindestens gleichwertigen Korrosionsschutz
im Vergleich zu konventionell verzinkten Blechen –
und muss dabei nur noch halb so dick sein. Eine kleine Sensation
für die Autobranche. Denn das verbessert die Schweißeigenschaften
beim Laserschweißen und spart damit Kosten in der Fertigung.
Auswurfkrater an der Schweißnaht gehören der Vergangenheit an.
„Die Wissenschaft arbeitet heute anwendungsorientierter“,
sagt Bleck. „Man stellt früher Fragen nach den Kosten, nach Toxikologie
oder Umweltverträglichkeit.“ Automobilindustrie, Mikroelektronik
und die Informations- und Kommunikationstechnik
sind dabei die Impulsgeber. Diesen Branchen gemeinsam ist
der Trend, monofunktionale durch multifunktionale Bauteile zu
ersetzen. Weltweit experimentieren Stahlexperten daher mit neuartigen
Legierungen, Herstellungsverfahren und Beschichtungen,
um möglichst viele Eigenschaften zu kombinieren. Extrem fest
sollen die Stähle sein, dehnbar, ultraleicht, korrosionsbeständig
und ästhetisch – am besten alles zugleich. Eine Vision ist, die spezifische
Dichte von Stahl zu verändern. Keine Frage, Stahl wird
auch das 21. Jahrhundert prägen.
Ein anderer Forschungsaspekt beschäftigt sich mit intelligenten
Werkstoffen. Sie reparieren leichte Defekte selbst oder passen
sich bestimmten Umgebungsbedingungen an. Dazu gehören

FOTO: ESTO PHOTOGRAPHICS
Mikroskopische
Erkenntnisse für architektonischeHighlights:
Die Brücke
über den Hoofdvaart-
Kanal in Belgien von
Salvatore Calatrava
hängt an einem Stahlpylon,
der über Stahlseile
das Gewicht der
Konstruktion trägt.
Formgedächtnislegierungen, das Spezialgebiet von Professor Gunther
Eggeler von der Ruhr-Universität Bochum. Diese Metalle
können nach Verformung in ihren Ausgangszustand zurückkehren.
Als Schaltsignal benötigen sie Wärme oder Druck. Dieser
Memory-Effekt kann für hochelastische Metall-Röhrchen zur Aufweitung
verengter Gefäße, für Zahnklammern oder Brillengestelle
genutzt werden. In der Kunststoff-Forschung beschäftigt man sich
mit chirurgischem Nahtmaterial, das sich selbst verknotet.
Wie Stahl ist auch Kunststoff ein Evergreen. Nylon, PVC, Teflon
hießen die ersten Innovationen aus der Retorte. Heute sind
Polycarbonat, Polyurethan, Polyethylen und Polyamid allgegenwärtig:
Vom extrem reißfesten Schultergurt bis zur Kontaktlinse,
die weich ist und dennoch als präzise, glasklare Optik funktioniert,
reicht die Palette. Ohne lichtempfindliche Lacke gäbe es
keinen Mikrochip, analoge oder digitale Information findet auf
Magnetbändern oder CD-ROMs Platz. Vom ICAMS erhofft sich
Ian Paterson, Innovationsvorstand von Bayer Material Science,
vor allem in Sachen Hybridstrukturen neue Erkenntnisse. „Wir
arbeiten dann weit über die natürlichen Grenzen der verschiedenen
Werkstoffe hinaus.“
Im Grunde braucht unsere Gesellschaft nicht den Werkstoff
als solchen, meint Eggeler, sie braucht Systeme für die Gesundheit,
für die Beherrschung des Weltraums, für den Verkehr, für die Erzeugung
von Energie. Dabei geht es vor allem um die effizientere
Nutzung von Rohstoffen, um Wirkungsgrade. „Eine der wichtigsten
Voraussetzungen für Projekte wie die geplante Ostseepipeline
sind Röhren aus hochfestem Spezialstahl. Nur sie halten den extre-
WERKSTOFFE
men Drücken stand, die notwendig sind, um 55 Milliarden Kubikmeter
Gas im Jahr über tausende von Kilometern transportieren
zu können“, ergänzt Bleck. Auch der Umgang mit Flüssiggas ist
nur dank neuer Werkstoffe möglich. Die Transportschiffe verfügen
über speziell isolierte Stahltanks, in denen das verflüssigte Erdgas
bei minus 161 Grad gelagert werden kann. Weitere Aufgaben für
Werkstoff-Forscher: Fluoreszenzfarbstoffe, die den Wirkungsgrad
von Solarzellen erhöhen; Materialien zur effektiveren Wasserstoffspeicherung;
intelligente Fassaden-Oberflächen, die Wärme, Lüftung
und Lichteinlass je nach Wetterlage regeln; Materialien, die
mehr Daten pro Fläche oder Volumen speichern.
Auch in Sachen Klebetechnik eröffnen sich ungeahnte Möglichkeiten.
Jüngster Clou: Klebstoffe, die in einem Wechselfeld
aushärten und wieder gelöst werden, auf Knopfdruck gewissermaßen.
Damit ließe sich das Recycling drastisch vereinfachen. So
könnten in ferner Zukunft Autos nur noch geklebt werden und
am Ende ihres Lebenszyklus – einfach in ihre Bestandteile zerlegt
– direkt im Konverter des Stahlwerks landen.
Wohin man auch sieht: „Wir sind weit vom Ende der Möglichkeiten
unserer Werkstoffe entfernt“, sagt Ian Paterson. Und
„Wunder“ passieren immer wieder. Für die Entdeckung, dass
Kunststoff – bekannt als Isolationsmaterial – die Fähigkeit besitzen
kann, elektrischen Strom zu leiten, gab’s im Jahr 2000 den
Chemie-Nobelpreis. Und so wird vielleicht eines Tages sogar ein
Airbus, gebaut aus ultraleichtem Stahl statt aus carbonfaserverstärktem
Kunststoff und Aluminium, abheben. Beim Modellflugzeug-Wettbewerb
der RWTH Aachen funktioniert es schon. ■
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Stahl wird aus den Rohstoffen Eisenerz, Kohle und Kalk hergestellt, Legierungselemente,
wie Mangan oder Molybdän, entscheiden über die Sorte.
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Das Legierungselement Molybdän fördert
Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit.
Es ist in Qualitätsstahl zu
maximal 0,5 Prozent enthalten.
Bei der Verhüttung werden
je nach Stahlgüte bis zu 25
Prozent Eisenschrott dazugegeben.
Er wird zur Kühlung
des Konverters benötigt. Stahl
ist ein Werkstoff, der zu 100
Prozent recycelt werden kann.
FOTO: THYSSENKRUPP STELL
Nickel erhöht zusammen mit
Chrom die Korrosionsbeständigkeit.
Es fördert die Bildung
eines Austenit-Gefüges.
Mangan ist in der Stahlschmelze
ein wichtiges Desoxidationsmittel.
Als Legierungselement
verfeinert es die Körnigkeit.
Auch Vanadium verfeinert
das Kornbild, es behindert
die Rekristallisation und
erhöht die Streckgrenzen.
Chrom fördert die Härte und
Witterungsbeständigkeit.
In Edelstahl sind mindestens
12 Prozent enthalten.

Silizium steigert die Elastizität
und verleiht dem Elektroband
besondere magnetische
Eigenschaften.
Eisen ist meist als Oxid im
Eisenerz (Foto) gebunden, aus
dem flüssiges Roheisen durch
Reduktion gewonnen wird.
Kalk muss man bei der
Verhüttung zumischen. Er
bindet Gestein und Begleitelemente
zur Schlacke.
Steinkohle wird gemahlen und bei
1050 bis 1320 Grad zu Koks gebacken,
um im Hochofen dann als Hitzequelle
und Reduktionsmittel zu dienen.
WERKSTOFFE
Wie ein Werkstoff entsteht
Ein Leichtgewicht macht Karriere
Mit dem A8 schien Audi 1994 eine Zeitenwende im Automobilbau
einzuläuten. Leichtbau und damit geringerer Spritverbrauch
hieß die neue Marschrichtung. Und das erste Serienfahrzeug mit
Aluminiumkarosserie setzte die Stahlbranche gewaltig unter
Druck. Denn Aluminium wiegt nur etwa ein Drittel von Stahl.
Doch die Stahlindustrie fand eine Antwort. Die Forderung der
Autohersteller nach Leichtbaumaterial war die Initialzündung für
die Entwicklung neuer Werkstoffe wie der TRIP-Stähle. Bei diesem
innovativen Werkstoffkonzept handelt es sich um einen
hochfesten Mehrphasenstahl, dessen Gefügestruktur so ausgelegt
ist, dass er erst im Umformprozess seine endgültige Festigkeit erreicht,
erklärt Klaus-Peter Imlau, Direktor des Werkstoffkompetenzzentrums
von ThyssenKrupp Steel in Duisburg.
Für die Autoproduktion ist das von großer Bedeutung, denn
Karosserie-Bleche werden meist durch Tief- oder Streckziehen geformt.
Je dehnbarer ein Stahl, desto eher macht er die Verformung
mit, ohne zu reißen. Anders als bei einem Gummiband ist diese
Verformung bleibend – plastisch, wie Experten sagen. TRIP-Stähle
können Spannungen von 700 bis 1000 Megapascal standhalten.
1980 lag die Festigkeit gut umformbarer Stähle noch bei mageren
300 Megapascal. Höhere Festigkeiten waren zwar möglich, aber
die Umformbarkeit litt. Mit TRIP-Stahl gelang ThyssenKrupp
Steel daher tatsächlich die lang ersehnte Quadratur des Kreises:
hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter Verformbarkeit.
Der TRIP-Effekt (Transformation Induced Plasticity) kommt
durch Umwandlungen im Kristallgitter, also die räumliche Anordnung
der Atome, zustande. Bei der Austenit-Struktur sitzen
die Eisenatome auf den Ecken eines Würfels, zusätzlich befindet
sich je ein Atom in der Mitte der Würfelflächen. Des Weiteren
existiert die Würfel-Variante mit Mittenatom, wie zum Beispiel
beim Martensit, dem härtesten Gefüge im Stahl. Hier ordnen sich
die Eisenatome auch auf den Würfelecken an; doch außerdem
sitzt eines im Zentrum des Würfels. Werden Kräfte auf den Stahl
ausgeübt, kippen beim TRIP-Stahl die Kristallgitter aus der weicheren
Austenit- in die Martensit-Struktur.
Der Clou: „TRIP-Stahl hat noch nach dem Tiefziehen eine gute
Verformbarkeit“, erklärt Thomas Heller, Leiter der Werkstoffentwicklung
von ThyssenKrupp Steel. Das liegt daran, dass sich
beim Tiefziehen erst 60 bis 90 Prozent des Austenit-Anteils in die
martensitische Form verwandeln – jene feste Gefügestruktur, die
sich kaum noch dehnen lässt. Das macht den Stahl so attraktiv für
die Autoindustrie. Denn das Material wechselt bei starker Stauchung
innerhalb von einer Millisekunde seine Gitterstruktur. Das
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Ständige Analysen garantieren Qualität: Ein Roboterarm setzt eine Stahlprobe auf einen Induktionsofen.
Die aufsteigenden Gase liefern Informationen über die Zusammensetzung des Werkstoffes.
schützt beim Crash die Fahrgastzelle, nachdem die Aufprallenergie
vorher in der „weichen“ Phase geschluckt worden ist. Verantwortlich
für diese Dehnungsreserve sind die Legierungselemente
Aluminium und Silizium. Sie sorgen dafür, den Rest-Austenit zu
stabilisieren. Der erste Wagen, der TRIP-gestählt über die Straßen
rollte, war der Porsche Cayenne. Heute leisten sich fast alle großen
Autohersteller den Star unter den Stählen.
Eine Werkstoff-Neuentwicklung ist ein einziger Balanceakt.
Seine unterschiedlichen Eigenschaften erhält Stahl unter anderem
durch Zugabe (Legieren) verschiedener Metalle wie Mangan,
Nickel und Chrom. Dosiert man ein Legierungselement im Zehntelprozent-Bereich
anders, müssen gleichzeitig weitere Parameter
verändert werden, um die Eigenschaften zu erhalten. Auch dürfen
gewisse Obergrenzen nicht überschritten werden.
Beispiel Aluminium: Aus der Analyse von Werkstoffdaten, aus
den chemischen und metallkundlichen Untersuchungen, die Aufschluss
geben über die Zusammensetzung der Versuchsproben,
über Korngröße, Gitterstrukturen, aus thermodynamischen Berechnungen
folgerten die Experten aus dem Team von Heller,
dass der für Stahlverhältnisse ungewöhnlich hohe Aluminium-
Anteil von 1 bis 1,4 Prozent ideal für den TRIP-Effekt ist. Andererseits
erschwert ein zu hoher Aluminium-Gehalt die Verzinkung,
der alle Autobleche unterzogen werden müssen. So lässt
sich nur in vielen Schritten der Charakter eines Stahls justieren.
Da muss die 100-köpfige Mannschaft um Heller manchmal bis zu
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20 Varianten durchspielen, in der Simulation berechnen, experimentell
überprüfen, korrigieren, verwerfen, bevor der Stahl reif
für den nächsten Schritt ist.
Nach der „Puppenküche“, in der mit fingerhutgroßen Proben
experimentiert wird, geht es in die Pilotanlage nach Dortmund.
Dort wird bereits in größerem Maßstab gekocht. 80-Kilogramm-
Chargen werden hier unter produktionsnahen Bedingungen erzeugt
und anschließend zu Blechen ausgewalzt. Denn auch die
Prozessbedingungen beim Walzen sind für Stahleigenschaften
wie Härte, Tiefziehfähigkeit oder Zähigkeit ausschlaggebend.
Doch der Weg aus dem Labor ins Stahlwerk und letztendlich
zum Kunden ist lang. Denn draußen im Betrieb haben es die Wissenschaftler
mit ganz anderen Dimensionen zu tun. In riesigen
Konvertern werden 350-Tonnen-Chargen bei über 1650 Grad behandelt.
Innerhalb einer dreiviertel Stunde ist die tonnenschwere
Ladung Stahl fertig. Beim TRIP-Stahl hat der Weg fünf Jahre gedauert.
„Was im Laborversuch unter optimalen Bedingungen geklappt
hat, müssen wir großtechnisch umsetzen“, erklärt Heller.
Denn die Stahlkocher müssen nicht nur Zusammensetzung und
Umwandlungsverhalten ihrer Stahlsorte im Griff haben, sondern
diese auch auf die Gegebenheiten ihrer Produktionsstraßen abstimmen.
Das ist die eigentliche Kunst. „Theorien großtechnisch
umzusetzen, war der große Innovationsschritt in den vergangenen
Jahrzehnten“, sagt Imlau. „Das war eine konzertierte Aktion
des gesamten Hüttenwerkes.“ Immerhin 75 Prozent ihrer Arbeit

FOTOS: THYSSENKRUPP STEEL
Dehnungsreserve: Versuchskörper aus Mehrphasenstählen zeigen die Energieabsorption beim Crash.
Dehnungsreserve: Versuchskörper aus Mehrphasenstählen zeigen die Energieabsorption beim Crash.
investieren die Werkstoffentwickler in die ständige Optimierung
des Betriebes.
Das eigentlich Faszinierende: „Heute stellen wir großtechnisch
Gefüge ein, die früher undenkbar waren“, erklärt Imlau. Mehrphasenstähle
sind daher erst in den vergangenen 15 Jahren realisierbar
geworden. Möglich macht dies neben modernen Produktionsanlagen
neueste Computer- und Messtechnik, mit der die
Industrieforscher selbst Proben von nur 100 Nanometer Stärke
untersuchen können. Die Durchstrahlungs- und Rasterelektronenmikroskope,
die 500 000-fach und mehr vergrößern, haben
früher nur in Max-Planck-Instituten Anwendung gefunden. Heute
stehen sie in den Labors von Dieter Sommer, dem Leiter Werkstoffprüfung
und -analyse. Das Sekundärionen-Massenspektrometer
zum Beispiel – geeignet für die Analyse innovativer
Oberflächen – dürfte bisher nur in wenigen Labors der Stahlindustrie
existieren. Mit dem Hightech-Gerät können Sommers
Experten Atomlage für Atomlage Beschichtungen kontrollieren.
Das kommt der Stahlgüte zugute.
Während der Produktion werden pro Charge bis zu zehn Proben
entnommen und in einem automatisierten Labor rund um
die Uhr analysiert. „Im Jahr sind es 450 000“, erzählt Wilhelm
Dürr, verantwortlich für die Produktionsbetreuung. Per Rohrpost
werden die winzigen Proben ins Labor geschickt und geprüft – auf
parts per million genau. Das dauert drei Minuten, damit die Stahlkocher
noch schnell reagieren und korrigieren können. Die Tole-
WERKSTOFFE
ranzgrenzen sind gering. Haben doch die Autohersteller strenge
Zulassungsvorgaben für Werkstoffe. Präzision ist besonders auch
in der Stahlzusammensetzung gefragt. So müssen zum Beispiel bei
einem mikrolegierten Stahl in der Schmelze Niob-Gehalte eingestellt
werden, die in einem Bereich von 0,005 bis 0,015 Prozent liegen.
Bei Bor liegt die Spanne zwischen 0,0010 und 0,0015. Die stete
Kontrolle der Schmelzen ist also immens wichtig.
Sorgfalt ist auch im weiteren Bearbeitungsprozess oberstes Gebot.
In der Stranggießanlage müssen Strömungsverhältnisse beachtet
werden, der Wärmeinhalt, die Homogenität der Schmelze.
Allein der Abgießprozess kann länger als 30 Minuten dauern und
muss bei konstanten Bedingungen ablaufen. Die Temperaturführung
in der nachgeschalteten Warmbandstraße bei 880 Grad oder
während der Feuerverzinkung bei 450 Grad kann alles mühsam
Austarierte auf den Kopf stellen. Und trotzdem muss am Ende das
Stahlprodukt herauskommen, das der Kunde bestellt hat.
Auch bei ausgereiften Werkstoffen bleibt die Entwicklung
nicht stehen. „Der TRIP-Stahl mit 700 Megapascal Festigkeit ist
heute nicht mehr derselbe wie vor fünf Jahren, als er in Serie
ging“, sagt Heller. Denn die Autohersteller stellen immer wieder
neue anspruchsvolle Forderungen an den Werkstoff: zum Beispiel
den Kohlenstoffanteil von 0,2 auf 0,16 Prozent zu verringern, um
die Schweißeigenschaften des Stahls zu verbessern. Doch Kohlenstoff
ist wichtig für den Rest-Austenitgehalt. Der Balanceakt beginnt
von vorne. ■
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TITEL
Praxisbezug ist wichtig
Ausbildung und Perspektiven für Werkstoff-Ingenieure
Die enge Verzahnung von Industrie und Wissenschaft ist ein
Qualitätsmerkmal deutscher Werkstofftechnik“, betont Professor
Wolfgang Bleck von der RWTH Aachen. Somit fließt Praxis-
Know-how an die Universitäten und unkonventionelle Lösungsansätze
gelangen in die Wirtschaft zurück. Diese Art der Zusammenarbeit
hat bei der RWTH Aachen Tradition. Die Hochschule
wurde vor Jahrzehnten zur Unterstützung der heimischen Industrie
gegründet. Hier stand einmal der größte Hochofen Europas.
Noch heute ist die personelle Verflechtung eng: Zwei Drittel
der Professuren werden aus der Industrie heraus berufen. Bleck
ist das beste Beispiel dafür. Der Materialkundler hat vorher 14
Jahre bei ThyssenKrupp gearbeitet. Im Rahmen von Forschungspartnerschaften
können seine Kollegen und Studenten die Prüfstände
und Messeinrichtungen der Industrie nutzen. Stipendien,
Workshops und gemeinsame Projekte fördern die Verknüpfung
von Theorie und Praxis weiter.
Auch das geplante Forschungsinstitut ICAMS an der Ruhr-
Uni Bochum gilt schon heute als Musterbeispiel für die gelungene
Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft, Hochschulen und außeruniversitärer
Forschung. Die finanziellen Zusagen liegen für die
ersten fünf Jahre bei 24 Millionen Euro, die je zur Hälfte das Land
Nordrhein-Westfalen und die Industrie tragen. Über zusätzliche
Projektmittel wollen die Partner in den nächsten zehn Jahren 50
Millionen Euro zur Verfügung stellen. Das kommt auch der Lehre
zugute. Drei Stiftungs- und drei externe Professoren sollen einen
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Vorstoß in die Nanowelt:
Molekülstruktur und Kristallgitter
sind für das Eigenschaftsprofil
eines Stahls wichtig.
Laboralltag: Rasterelektronenmikroskope liefern hochauflösende Bilder von Gefügestrukturen. So kann man zum Beispiel den Austenit-Anteil prüfen.
neuen Typus Werkstoffwissenschaftler mit breiter interdisziplinärer
Kompetenz ausbilden.
Für die drei Stiftungslehrstühle werden zurzeit international
ausgewiesene Wissenschaftler gesucht. Sie werden das Lehrangebot
der Universität Bochum mit einem neuen Studiengang im
Bereich der Werkstoffsimulation bereichern. Für Rudolf-Carl
Meiler, den Leiter der Personalentwicklung von ThyssenKrupp
Steel, ist das Engagement am ICAMS auch eine Möglichkeit, um
„frühzeitig kompetente Leute kennenzulernen und mit unseren
Inhalten zu identifizieren“.
„Werkstofftechnik ist leider immer noch ein Orchideenfach“,
bedauert Klaus-Peter Imlau, Direktor des ThyssenKrupp Steel-
Werkstoffkompetenzzentrums. Dabei ist der Bedarf der deutschen
Stahlindustrie hoch, wie Meiler bestätigt: „Gebraucht werden jedes
Jahr etwa 160 Ingenieure, davon rund 100 Metallurgen und Werkstofftechniker.“
Demgegenüber stehen etwa 70 bis 80 Bewerber mit
einem Abschluss in Metallurgie oder Hüttenwesen. Und Besserung
scheint nicht in Sicht: Im Wintersemester 2006/2007 haben einige
Technische Hochschulen in den entsprechenden Fächern einen Immatrikulationsrückgang
um fast 30 Prozent gemeldet.
Deshalb bemüht sich das Unternehmen frühzeitig um Nachwuchs.
„Wir bieten ab der achten Klasse Schulpraktika an. Die
Jugendlichen sollen erleben, wie viel Spaß der Werkstoff macht.
Denn Begeisterung ist das Allerwichtigste“, sagt Meiler. Mehr als

FOTOS: THYSSENKRUPP STEEL
30 Praktika von Schülern und Studierenden werden jedes Jahr im
Werkstoffkompetenzzentrum oder Dortmunder Oberflächen-
Centrum gemacht, außerdem werden fünf bis zehn Diplomarbeiten
erstellt. Momentan betreuen diese F&E-Bereiche mehr als
zehn Doktoranden.
ThyssenKrupp pflegt die Kontakte zu den entsprechenden
Hochschulen. „Wir wollen die erste Adresse im Arbeitsmarkt
sein. Wenn man erst an der Uni-Tür wartet, ist es zu spät“, sagt
Meiler. So ist Konzernchef Ekkehard Schulz Honorarprofessor an
der TU Clausthal, ThyssenKrupp Steel-Chef Karl-Ulrich Köhler
Honorarprofessor an der Bergakademie Freiberg, um auf diese
Art und Weise Wissenschaft und Wirtschaft zu verknüpfen und
Kontakte zu Studierenden herzustellen. Darüber hinaus fördert
ThyssenKrupp gemeinsam mit dem Institut für Werkstoffe der
Ruhr-Uni Bochum innovative Ideen und prämiert jedes Jahr herausragende
Studien-, Diplom- oder Doktorarbeiten mit dem
Werkstoff-Innovationspreis. An der RWTH Aachen verleiht das
Unternehmen jährlich den „ThyssenKrupp Award“ für exemplarische
Prüfungsleistungen im Grundstudium. Die Preisträger
werden sowohl finanziell während des Hauptstudiums als auch
ideell von einem Mentor des Konzerns unterstützt.
Auch Helmut Hachul, Professor für Metallbau an der Fachhochschule
Dortmund, schätzt den Praxisbezug, den Private Public
Partnerships Forschung und Lehre bieten. Das Einzigartige
an seinem erst jüngst gegründeten Lehrstuhl: Er gehört zum
WERKSTOFFE
Modernste Messtechnik bei ThyssenKrupp: Sputter-Kanone eines Flugzeit-Massenspektrometers zur Analyse monomolekularer Oberflächenschichten.
Fachbereich Architektur. Stifter ist ThyssenKrupp Steel, um „das
Thema Stahl und Architektur voranzutreiben“, wie Personalentwickler
Meiler erklärt. Denn da besteht Nachholbedarf. „In
der Architketur-Ausbildung kommt der Metallbau zu kurz“, sagt
Hachul. „Der Bezug zum Material fehlt häufig.“ Ähnliche Erfahrungen
hat Klaus Kottkamp von der Initiative Bau der
ThyssenKrupp Steel AG gemacht; er hat das Projekt mit initiiert:
„Die Architekten lernen in Massivbau zu denken und zu planen.“
Die Initiative Bau, vor zwei Jahren aus der Taufe gehoben, berät
Planer und Architekten, welche Gestaltungsmöglichkeiten sie mit
ThyssenKrupp Produkten haben – egal ob sie ein Kraftwerk, ein
Bürogebäude oder eine Brücke entwerfen.
Die Stiftungsprofessur ist für Hachul, der sowohl gelernter
Maschinenschlosser als auch Architekt ist, daher eine klassische
Win-win-Situation. „Wir haben direkten Zugang zu Expertenwissen,
Technologien und Ideen. Man lernt auch Bereiche kennen,
die nicht ausschließlich mit Architektur zu tun haben.“ Sei es in
Form von Gastvorlesungen, Exkursionen, Workshops, Prototypenbau
und Studienarbeiten. „Experimentelles Lernen“ heißt
Hachuls Konzept.
Und Sponsor ThyssenKrupp? Das Unternehmen erhält
zwangsläufig Impulse für neue Produkte oder neue Bauweisen.
„Die manchmal wohltuende Naivität und Unbefangenheit der
Studenten im Umgang mit dem Material stellt Potenzial für Neuerungen
dar“, sagt Hachul. ■
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