Kobalt und Wolfram spielen in der Industrie eine wichtige Rolle, etwa bei Legierungen oder der Batterieherstellung. Gefördert werden die Metalle oft unter fragwürdigen Arbeits- und Umweltbedingungen. Von Bedeutung sind sie auch bei sogenannten Hartmetallwerkzeugen wie Bohrern, Fräs- und Drehwerkzeugen. Ein Forschungsvorhaben an der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) wird sich damit befassen, den Anteil dieser kritischen Rohstoffe in den Werkzeugen zu reduzieren, zu ersetzen oder das Material in einem Wertstoffkreislauf zu recyceln. Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert die Arbeiten für sechs Jahre mit rund 4,9 Millionen Euro, berichtet die RPTU.
Ob in der Luft- und Raumfahrtechnik, der Automobilindustrie, dem Energiesektor oder dem Maschinen- und Anlagebau – in vielen Bereichen braucht es sogenannte Hartmetallwerkzeuge wie Bohrer, Fräs- und Drehwerkzeuge. Sie bilden die Grundlage von vielen Produktionsprozessen. Die Basis dieser Metallgruppe bilden Wolfram, in Form von Wolframkarbid, und Kobalt. Sie sind verschleißbeständig und halten hohe Temperaturen aus, sagt Prof. Dr. Jan Aurich, der an der RPTU in Kaiserslautern das Lehrgebiet für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation leitet. In rund 80 Prozent dieser Werkzeuge sind die beiden chemischen Elemente enthalten. Ihr Abbau erfolge unter sehr fragwürdigen sozialen und gesundheitlichen Bedingungen, hinzu käme die Umweltzerstörung im Umfeld der Minen, so Jan Aurich.
Wir möchten die Metalle ersetzen oder den Einsatz deutlich reduzieren, sagt Aurich über das neue Vorhaben. Wo dies aus technischen Gründen nicht möglich ist, wollen die Forschenden die Metalle recyceln und einen geschlossenen Wertstoffkreislauf entwickeln. Ziel ist es, die mechanischen Eigenschaften und damit die Langlebigkeit nicht zu beeinträchtigen. Wichtig dabei wird laut Aurich sein, dass das recycelte Material dieselbe Qualität hat wie die primären Rohstoffe.
In einem weiteren Teilprojekt arbeiten die Forscherinnen und Forscher daran, den Anteil von Wolfram und Kobalt in den Werkzeugen zu minimieren. Dazu setzen sie auf 3D-Druck. Hiermit haben wir die Möglichkeit, dass wir die Werkzeuge anders herstellen können als bei derzeit üblichen Verfahren und Wolfram und Kobalt nur an Stellen einsetzen, bei denen es für die Funktion notwendig ist. Beispielsweise kann der Schafft des Werkzeugs aus Stahl bestehen und nur an der Spitze finden die beiden Mineralien Verwendung.
Außerdem zielt das Projekt darauf ab, das Hartmetall in den Werkzeugen vollständig durch andere Materialien zu ersetzen. Es gibt nach Aussage von Jan Aurich inzwischen neue Hochleistungsstähle, die mit ähnlichen Eigenschaften ausgestattet sind wie die Hartmetalle, das heißt, langlebig und temperaturbeständig. Sie könnten sich als Alternative eignen; welches Material sich dazu in welcher Weise genau eignet, wird das Team untersuchen.
Bei den Arbeiten kommen unter anderem Simulationen und Verfahren der Materialanalyse zum Einsatz. Das Forschungsprojekt FairTools wird von Prof. Aurich koordiniert. Beteiligt sind zudem die Teams um Prof. Dr. Eberhard Kerscher (Lehrgebiet für Werkstoffprüfung), Prof. Dr. Kristin de Payrebrune (Lehrgebiet für Computational Physics in Engineering) und Jun.-Prof. Dr. Lisa Scheunemann (Lehrgebiet für Technische Mechanik) sowie das Team um Dr. Swen Ehnert vom Institut für Oberflächen- und Schichttechnik (IFOS), das seine Methoden zur Werkstoff- und Oberflächenanalytik zur Verfügung stellt. Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert das Projekt für sechs Jahre mit rund 4,9 Millionen Euro.
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Jan Aurich, Lehrgebiet für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation,
E-Mail: fbk@mv.rptu.de
- www.rptu.de
Text zum Titelbild: Am Forschungsprojekt FairTools sind beteiligt: (v.l.n.r.) Jun.-Prof. Dr. Lisa Scheunemann, Prof. Dr. Kristin de Payrebrune, Prof. Dr. Eberhard Kerscher, die wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Stella Diederichs, Kevin Gutzeit und Max Werrel sowie Prof. Dr. Jan Aurich (Projektkoordinator), alle RPTU, sowie Dr. Swen Ehnert vom Institut für Oberflächen- und Schichttechnik (IFOS) in Kaiserslautern (Bild: RPTU, Koziel)
