Vorbild Knochen 17.03.2017, 12:56 Uhr

Dieser Stahl will auch bei hoher Belastung einfach nicht müde werden

Wäre das schwere Zugunglück 1998 in Eschede, als ein ICE wegen eines gebrochenen Radreifens entgleiste, mit diesem neuen Stahl nicht geschehen? Ingenieure habe nach dem Vorbild des Knochens eine Stahlstruktur entwickelt, die deutlich besser gegen Risse und Ermüdungsbrüche gefeit ist. Die Erwartungen sind hoch.

Stahlherstellung bei Salzgitter: Ein internationales Forscherteam hat jetzt eine Stahllegierung entwickelt, die sich an der Struktur des menschlichen Knochens orientiert. Dadurch wollen die Ingenieure Ermüdungsbrüche verhindern. Ein gebrochener Radreifen hatte zur Zugkatastrophe von Eschede geführt.

Stahlherstellung bei Salzgitter: Ein internationales Forscherteam hat jetzt eine Stahllegierung entwickelt, die sich an der Struktur des menschlichen Knochens orientiert. Dadurch wollen die Ingenieure Ermüdungsbrüche verhindern. Ein gebrochener Radreifen hatte zur Zugkatastrophe von Eschede geführt.

Foto: Julian Stratenschulte/dpa

Ein internationales Forscherteam, darunter das Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) in Düsseldorf, ist auf der Suche nach einem Stahl, den man nicht ständig überwachen muss, um Ermüdungserscheinungen aufzuspüren, sondern der einfach nicht müde wird. Zum Vorbild genommen haben sich die Forscher den Aufbau menschlicher Knochen, die extrem leicht, aber dank ihrer Wabenstruktur besonders stabil sind und einen hohen Ermüdungswiderstand aufweisen.

Legierung aus Eisen, Mangan, Nickel und Aluminium

Das Ergebnis ist eine Legierung aus Eisen, Mangan, Nickel und Aluminium. Diese besteht aus verschiedenen metastabilen Phasen, die in Nanometer-großen Lamellen geordnet sind. Eine Phase ist eine Kristallstruktur, in welcher die Atome in einem Metall angeordnet sind.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
RHEINMETALL AG-Firmenlogo
Verstärkung für unsere technischen Projekte im Bereich Engineering und IT (m/w/d) RHEINMETALL AG
deutschlandweit Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Teamleitung Versorgungstechnik (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Stadtbetrieb Wetter (Ruhr)-Firmenlogo
Bauingenieur/in (m/w/d) als Fachbereichsleitung Tiefbau Stadtbetrieb Wetter (Ruhr)
Wetter (Ruhr) Zum Job 
Wolf GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) für Heizsysteme Systemkomponenten Wolf GmbH
Mainburg Zum Job 
PNE AG-Firmenlogo
Projektmanager Power-to-X Projekte (m/w/d) PNE AG
Hamburg Zum Job 
GASCADE Gastransport GmbH-Firmenlogo
Pipelineingenieur (m/w/d) Schwerpunkt Inspektionen GASCADE Gastransport GmbH
XTENDED ENGINEERING GMBH-Firmenlogo
E/E System Integration Engineer (f/m/d) XTENDED ENGINEERING GMBH
München, Stuttgart, Nürnberg, Augsburg Zum Job 
GASCADE Gastransport GmbH-Firmenlogo
Schweißfachingenieur / Bauleiter (m/w/d) Schwerpunkt Offshore-Pipelinebau GASCADE Gastransport GmbH
landesweit Zum Job 
Säurefliesner-Vereinigung e.V.-Firmenlogo
Prüf-/Bauingenieur (m/w/d) mit baustoffkundlichem Interesse Säurefliesner-Vereinigung e.V.
Burgwedel Zum Job 
XTENDED ENGINEERING GMBH-Firmenlogo
Embedded Software/Systems Engineer (f/m/d) XTENDED ENGINEERING GMBH
München, Stuttgart, Nürnberg, Augsburg Zum Job 
XTENDED ENGINEERING GMBH-Firmenlogo
Teamleitung / Projektleitung / Modulleitung (w/m/d) XTENDED ENGINEERING GMBH
Nürnberg, Augsburg, Stuttgart, München Zum Job 
LVR-Klinikum Düsseldorf-Firmenlogo
Meisterin / Meister (m/w/d) Elektrotechnik LVR-Klinikum Düsseldorf
Düsseldorf Zum Job 
ONTRAS Gastransport GmbH-Firmenlogo
Fachverantwortlicher CO2 - Transport (m/w/d) ONTRAS Gastransport GmbH
Leipzig Zum Job 
Landesbaudirektion Bayern-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d), staatlich geprüfter Techniker (w/m/d) im Bereich Schießanlagen Landesbaudirektion Bayern
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.-Firmenlogo
Ingenieur/in Luft- und Raumfahrttechnik oder Naturwissenschaftler/in o. ä. (w/m/d) Konzept- und Technologieentwicklung für resiliente Weltraum-Systeme und Responsive Space Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
Faßberg Zum Job 
Eidgenössisches Institut für Geistiges Eigentum-Firmenlogo
Ingenieur oder Naturwissenschaftler als Patentexperte (w/m/d) Eidgenössisches Institut für Geistiges Eigentum
Bern (Schweiz) Zum Job 
Eidgenössisches Institut für Geistiges Eigentum-Firmenlogo
Patentexperte Fachrichtung Computerwissenschaften oder Nachrichtentechnik (w/m/d) Eidgenössisches Institut für Geistiges Eigentum
Bern (Schweiz) Zum Job 
Advanced Nuclear Fuels GmbH-Firmenlogo
Verfahrensingenieur (m/w/d) Komponentenfertigung Advanced Nuclear Fuels GmbH
Karlstein Zum Job 
Stadtwerke Aalen GmbH-Firmenlogo
Abschlussarbeit - Bachelor Stadtwerke Aalen GmbH
Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP)-Firmenlogo
Ingenieur*in (m⁠/⁠w⁠/⁠d) Verfahrenstechnik für innovative Wasserstofftechnologien Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP)
Rostock, Greifswald Zum Job 
Die neue Stahlstruktur orientiert sich am menschlichen Knochen und ist deshalb besonders gut belastbar.

Die neue Stahlstruktur orientiert sich am menschlichen Knochen und ist deshalb besonders gut belastbar.

Quelle: M. Wang/Max-Planck-Institut für Eisenforschung

Diese Kristallstruktur haben die Materialwissenschaftler so verändert, dass „der neu entwickelte Stahl resistent gegen multiple Rissbildung auf der Mikroebene ist“, so Dierk Raabe, Direktor am MPIE. „Um zu prüfen, ob die exzellenten Ermüdungseigenschaften unseres Stahls auch wirklich auf die lamellenartige Mikrostruktur zurückzuführen sind, haben wir ihn mit konventionellen Stählen verglichen.“

In zahlreichen Experimenten verglich das Team rund um Raabe die Ermüdungseigenschaften des neuen Stahls mit denen von Dual-Phasen-Stählen, die für Autos verwendet werden, mit perlitischen Stählen, welche in Stahlseilen für Brücken angewendet werden, und mit TRIP-Stählen, die vor allem in Fahrzeugkarossen Anwendung finden.

Zudem veränderten die Forscher testweise die Mikrostruktur ihrer Legierung erneut und beobachteten die Verschlechterung der Ermüdungsresistenz. Auf diese Art bestätigten die Forscher ihre Annahme, dass der verbesserte Ermüdungswiderstand des neu entwickelten Stahls auf dessen lamellenartige Multiphasen-Mikrostruktur zurückzuführen ist.

Legierung soll weiter verbessert werden.

Serienmäßig einsetzbar ist der neuartige Stahl aber noch nicht. Jetzt soll die Legierung noch optimiert werden, um die Ermüdungsresistenz noch zu verbessern. Die Forscher des MPIE, der Kyushu University Japan und des Massachusetts Institute of Technology in den USA sind überzeugt, dass dies möglich ist.

Warum aber überhaupt der Aufwand? Das Problem von Stählen ist, dass sie unter starker Belastung zwar langsam verschleißen, das aber lange nicht erkennbar ist. Denn der Verschleiß zeigt sich erst tief in der Stahlstruktur, auf der Mikro- und Nanoebene, bevor dann ein Riss folgt. Und so ein Riss ist je nach Einsatzort gefährlich. Bei Radreifen von Zügen sind solche Risse eine Katastrophe. Gleiches gilt für Flugzeuge und Kraftwerke.

Das Unglück in Eschede war das schwerste Bahnunglück der Nachkriegsgeschichte: Am 3. Juni 1998 raste der Intercity-Express 884 dort mit 200 km/h gegen eine Betonbrücke und entgleiste. 101 Menschen kamen ums Leben. Unfallursache war ein gebrochenes Rad. 

Das Unglück in Eschede war das schwerste Bahnunglück der Nachkriegsgeschichte: Am 3. Juni 1998 raste der Intercity-Express 884 dort mit 200 km/h gegen eine Betonbrücke und entgleiste. 101 Menschen kamen ums Leben. Unfallursache war ein gebrochenes Rad.

Quelle: dpa

Um solche Risse rechtzeitig zu entdecken, werden derzeit die Materialen regelmäßig überwacht und aufwendig vermessen. Und das kostet Geld, Zeit und Einsatzzeiten bei Zügen und Flugzeugen. Zudem werden Sensoren eingesetzt, die zum Beispiel die Räder von Zügen laufend überwachen, um Schwingungsänderungen festzustellen, die auf Materialermüdungen zurückzuführen sind.

Vielleicht kann der neue Stahl da Abhilfe schaffen. Und trotz weniger Kontrolle Katastrophen wie die von Eschede verhindern.

Und das sind die fünf schnellsten Züge der Welt.

 

Ein Beitrag von:

  • Axel Mörer-Funk

    Axel Mörer-Funk ist Gesellschafter der Medienagentur S-Press in Bonn. Nach einem Volontariat beim Bonner Generalanzeiger und dem Besuch der Journalistenschule Hamburg arbeitete er u.a. als freier Journalist für dpa, Bunte und Wirtschaftswoche.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.