21.02.2025
Forschung
Am 19. Februar vergaben das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) und die Fraunhofer-Gesellschaft den Hugo-Geiger-Preis für die besten Doktorarbeiten in der angewandten Forschung. Drei Nachwuchsforscherinnen aus Freising, München und Aachen erhielten den Preis für ihre innovativen Ideen - darunter auch die Gießereitechnikerin Dr. Patricia Erhard.
Die Gießereitechnik ist ein jahrtausendealtes Verfahren, mit dem heute immer komplexere Bauteile gefertigt werden – im Automobilbau, der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik. Der 3D-Druck von Sandkernen ist daher bereits Bestandteil der Serienfertigung. Die Gießkerne bilden beim Umgießen mit Metallschmelze die innenliegenden Hohlräume in Gussbauteilen ab und werden nach dem Guss wieder mechanisch entfernt. Angesichts wachsender technischer Anforderungen an die Komplexität von Bauteilen müssen immer filigranere Gießkerne den hohen mechanischen und thermischen Belastungen im Gießprozess standhalten.
Optimierte Gießkerne dank keramischer Suspension
Dr. Patricia Erhard (im Bild) vom Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik (IGCV) hat in ihrer Promotion das Verfahren des 3D-Drucks von Gießkernen weiterentwickelt: Anstelle von Sand trägt sie schichtweise eine keramische Suspension auf, die sie nach dem Trocknen mit Binder bedruckt. Dies ermöglicht feinere Oberflächenstrukturen, eine größere Temperaturstabilität und eine hohe Festigkeit, die im nachgelagerten Sinterprozess eingestellt werden kann. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Gestaltung filigraner Innenstrukturen in Gussbauteilen.
Eine Herausforderung war es, die hochfesten Kerne am Ende aus dem Bauteil zu entfernen. Oft werden keramische Kerne konventionell in einem umweltbelastenden Prozess chemisch ausgelaugt. Die Forscherin nutzte hingegen die Gestaltungsfreiheit des 3D-Drucks, um Sollbruchstellen im Inneren der Gießkerne zu integrieren. Sie fand ein geeignetes Gießkerndesign zur Umsetzung filigraner Kühlstrukturen in Elektromotorengehäusen, das den hohen Belastungen beim Gießen standhält, jedoch beim Aufschrumpfen des Metalls kontrolliert versagt. Dieser neue Ansatz ermöglicht einen nachhaltigen Gesamtprozess und einen Transfer in weitere Industrien wie die Luft- und Raumfahrt oder Medizintechnik.
Bei der Preisverleihung belegte Erhard den zweiten Platz. Der erste Platz ging an Dr. Kerstin Müller vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV). Sie hat einen physikalischen Ansatz gefunden, um aus Pflanzen-Cellulose thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoff zu gewinnen. Den dritten Platz belegte Dr. Sarah Klein vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT), die mit ihrer Forschung zur Weiterentwicklung industrierelevanter Hochleistungsfaserlaser und -laserdioden beiträgt.
Über den Hugo-Geiger-Preis
Der Hugo-Geiger-Preis wird jährlich an drei junge Forschende vergeben und würdigt hervorragende, anwendungsorientierte Promotionsarbeiten, die in enger Kooperation mit einem Fraunhofer-Institut angefertigt wurden. Die Einzelpreise sind mit 5000, 3000 und 2000 Euro dotiert. Die Einreichungen bewertet eine Jury mit Vertretern aus Forschung und Entwicklung sowie der Wirtschaft. Kriterien der Beurteilung sind wissenschaftliche Qualität, wirtschaftliche Relevanz, Neuartigkeit und Interdisziplinarität der Ansätze.
Beitragsbild: Fraunhofer-Gesellschaft/Markus Jürgens