Skip Navigation
Dr. Thomas Pretoriusarbeitet mit Professor Alexander Hartmaier

Dr. Thomas Pretorius (l.), bei thyssenkrupp Steel Europe in der Produktentwicklung und Pilotfertigung tätig, arbeitet mit Professor Alexander Hartmaier am Interdisziplinären Zentrum für Materialforschung in Bochum. Dort hat man sich auf Simulations- und Modellrechnungen spezialisiert.

Was ist das ICAMS und mit was beschäftigen Sie sich hier?

Hartmaier: Das „Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation“, kurz ICAMS, ist ein Institut an der Ruhr-Universität Bochum, an dem wir Simulationsmodelle entwickeln. Mit diesen Modellrechnungen wollen wir Eigenschaften und Verhalten von Werkstoffen erforschen. Dabei beziehen wir alle relevanten Parameter ein, wie die atomare Struktur, die Mikrostruktur und die makroskopischen Dimensionen des Materials.

Alexander Hartmaier (Professor für Werkstoffwissenschaften)

Kooperationen haben im akademischen Bereich eine lange Tradition.

Alexander Hartmaier

Was bedeutet das konkret?

Pretorius: In der Praxis lassen sich Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit nur mit großem Versuchsaufwand überprüfen. Mit den Modellrechnungen hier am ICAMS können wir die Neuentwicklung von Stählen bzw. deren Optimierung gezielter, umfassender und nicht zuletzt schneller erreichen, weil wir die Zusammenhänge zwischen Strukturen und Eigenschaften besser verstehen.

Je besser man die Strukturen erkennt, desto gezielter kann man daraus etwas ableiten?

Pretorius: Genau. Wenn sich Simulationsergebnisse auf die Makroebene übertragen lassen, können wir Materialeigenschaften berechnen, die für die Anwendung relevant sind. Etwa beim Schädigungs- und Crashverhalten – wo und wann entstehen Risse? Unter welchen Bedingungen? Um das dann gezielt zu beeinflussen.

Hartmaier: Das ist der Vorteil von der Simulation, wie sie am ICAMS möglich ist. Nämlich die Bedingungen so genau abzubilden, dass man von jedem Atom an jeder Stelle den aktuellen Zustand überprüfen kann. Stellen Sie sich eine MRT-Röhre für Werkstoffe vor. Im laufenden Produktionsprozess geht das nicht, da kann man nicht einfach in den Werkstoff reinschauen.

Wo fängt man denn da mit der Arbeit an?

Hartmaier: Wir suchen uns Prozesse aus, von denen wir uns aufgrund bereits vorhandener Werkzeuge und Modelle den größten Erkenntnisgewinn versprechen. Bereiche, die auch für unsere Forschungspartner wie thyssenkrupp Steel Europe und deren Kunden relevant sind.

Welche Branchen profitieren von Ihren Erkenntnissen?

Pretorius: Es geht in erster Linie nicht nur darum, bestimmte Stahlklassen zu verbessern. Unsere Methoden sollen für die gesamte Palette anwendbar sein. Nehmen Sie die hochfesten Stähle, da geht natürlich viel ins Auto, aber auch in Rohrstähle. Oder Elektroband, wo wir es mit ganz speziellen Eigenschaften durch die elektromagnetische Anwendung zu tun haben.

Konzentriert sich das ICAMS bei seiner Arbeit ausschließlich auf Stahl?

Hartmaier: Stahl spielt eine wichtige Rolle, aber wir haben ebenso Projekte, die sich mit Nickelbasis-Superlegierungen befassen. In meinem Bereich sind zudem Wärmedämmschichten und poröse Keramiken ein Thema. Wir sind kein reines Stahlinstitut. Aber Metalle machen rund 90 Prozent aus, davon wiederum Stähle etwa 70 Prozent. Man muss sich breiter aufstellen, sonst läuft wissenschaftlich zu viel an einem vorbei.

Hochtemperaturlegierungen und Keramiken sind ja für Steel Europe auch interessant...

Hartmaier: Und Hybrid-Werkstoffe! Im Bereich der Metallverbunde und Polymere beginnen wir uns ebenfalls zu engagieren. Ich halte das für eine sehr interessante Werkstoffklasse, die in den nächsten zehn Jahren wichtig wird. Sie zu ignorieren, kann man sich weder in der Forschung noch als Unternehmen leisten.

Wie viele Menschen arbeiten am ICAMS?

Hartmaier: Wir haben etwa 80 Wissenschaftler aus allen Bereichen – Ingenieure, Physiker, Chemiker, Mathematiker. Die Fluktuation ist recht hoch, da viele von ihnen Doktoranden sind, die die neuen Methoden in die Industrie tragen und umsetzen sollen.

Pretorius: Dazu kommen dann aber noch die Kollegen der Forschungspartner und Forschungsgruppen sowie die Kollegen des Rechenzentrums in Jülich, deren Großrechner die komplexen Berechnungen erst möglich machen.

Wie bleiben da alle Beteiligten auf dem neuesten Stand?

Hartmaier: Auf Projektebene gibt es wöchentliche Treffen, und alle Mitarbeiter gehen gemeinsam jedes Jahr für drei Tage in Klausur. Außerdem haben wir jährlich eine sogenannte Advanced Discussion, wo wir Industriepartner und internationale Gäste einladen, um Vorträge zu halten und weltweite, aktuelle Trends und Erkenntnisse auszutauschen.

Thomas Pretorius (Leiter des Teams „Werkstoffmodellierung und Simulation“)

Will man bei der Grundlagenforschung weiterkommen, muss man sich zusammentun.

Thomas Pretorius

Angesichts der Partner, wie Bosch, Bayer, Salzgitter, ist man im Alltag Konkurrent, hier arbeitet man gemeinsam. Wie geht das zusammen?

Pretorius: Will man bei der Grundlagenforschung weiterkommen, muss man sich zusammentun. Der Aufwand ist einfach viel zu groß. Geht man gemeinsam eine Sache an, lässt sich viel mehr erreichen – wie etwa bei EU-geförderten Projekten.

Hartmaier: Kooperationen haben im akademischen Bereich eine gute und lange Tradition. Das Interesse an einer Sache ist größer als das Konkurrenzdenken.

Sie müssen sicher auch beweisen, dass das Geld hier sinnvoll angelegt ist, oder?

Hartmaier: Auf politischer Ebene ziehen Industrie und Wissenschaftspartner ebenfalls am gleichen Strang. Wir sind uns bewusst, dass Innovation in Deutschland viel mit Werkstofftechnik und Materialwissenschaft zu tun hat, selten drückt es sich aber in entsprechender Förderung aus.

Pretorius: Ein ganz neuer Werkstoff wird ja nur selten erfunden, viel häufiger geht es um die Optimierungsmöglichkeiten bestehender Materialien. Die dann in der Summe jedoch einen enormen Effekt haben.

Hartmaier: Beispielsweise die Touchscreens. Hier hat die Optimierung des Werkstoffs Glas ganz revolutionäre Innovationen in der Smartphone- und Tablettechnik erst ermöglicht.

Inwieweit haben Ihre Erkenntnisse einen gesellschaftlichen Nutzen?

Pretorius: Verbesserte Werkstoffe führen zu verbesserten Eigenschaften von Bauteilen. So sparen leichtere Fahrzeuge Kraftstoff und reduzieren damit den CO2-Ausstoß. Gleichzeitig beeinflussen wir die Umwelteigenschaften künftiger Werkstoffe positiv, und die optimierten Produktionsprozesse senken meist die Kosten.

Hartmaier: Und natürlich die Ausbildung hier. Wenn wir qualifizierte Leute in den Arbeitsmarkt entlassen, die die neueste Computersimulation verstehen und anwenden können, kommt das der Gesellschaft zugute.

Werden Werkstoffe in Zukunft nur noch am Computer entwickelt?

Hartmaier: Ich glaube, das ist und bleibt Science Fiction. Wir brauchen sowohl das Labor als auch die Modellierung. Durch die Kombination erreicht man eine neue Ebene und kann Werkstoffe und ihre Prozesse besser verstehen. Man kommt weg von einer Forschung, die auf Erfahrung beruht, hin zu einer Entwicklung die auf Wissen basiert.

KÖPFE

  • Alexander Hartmaier

    ist an der Ruhr-Universität Bochum Professor für Werkstoffwissenschaften und Direktor am ICAMS. Als langjähriges Mitglied der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde wurde er unlängst zu deren stellvertretendem Vorsitzenden gewählt.

  • Thomas Pretorius

    leitet bei thyssenkrupp Steel Europe seit 2009 das Team „Werkstoffmodellierung und Simulation“ im Bereich Produktentwicklung und Pilotanlagen. Seine Promotion machte er in der Metallforschung/Materialphysik an der Universität Münster

Weitere interessante Informationen

nach oben