Intelligent eingesetzte Werkstoffe sind Dreh- und Angelpunkt unseres
täglichen modernen Lebens. Sie spielen eine Schlüsselrolle für
crashsichere, emissionsarme Fahrzeuge, ressourcenschonende Produktion oder
eine nachhaltige Energiewirtschaft, um nur einige Aspekte zu nennen. Seit
1971 erforscht und entwickelt das Freiburger Fraunhofer IWM Lösungen für
Industrie und Gesellschaft, um das Verhalten von Werkstoffen und Bauteilen
vorherzusagen und um deren Leistungsfähigkeit und Funktionalität ideal für
die jeweilige Anwendung einzustellen. Gäste aus Industrie, Wissenschaft
und Politik würdigten in einem Festkolloquium 50 Jahre Werkstoffforschung
auf höchstem Niveau.
Optimierte Nutzung von Materialeigenschaften und neue Materialfunktionen
»Das Fraunhofer IWM verfügt über eine fast schon universelle
Problemlösungs-Kompetenz für die Werkstofftechnik – aktuell leistet es
Pionierarbeit bei der Digitalisierung von Werkstoffen und der Nutzung von
Quantencomputing für die Werkstoffforschung und stellt damit wichtige
Weichen für die Zukunft«, sagte Ministerialdirektor Michael Kleiner vom
Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus. Das Fraunhofer IWM
genieße darum auch international eine ausgezeichnete Reputation.
»Wir feiern ein Institut, das sich immer wieder erneuert und 50 Jahre lang
unter Beweis gestellt hat,« sagt Dr. Markus Hermle, verantwortlich für die
Crashsimulation bei Mercedes Benz und Kurator des Fraunhofer IWM. »Die für
uns erarbeiteten Modelle und Simulationen mögen aus der Ferne betrachtet
wie wissenschaftliche Detailarbeit wirken, sind aber Grundlage dafür,
gleich zwei Nachhaltigkeitsziele zu optimieren: Fahrzeuge im
Verkehrsgeschehen immer sicherer zu machen und gleichzeitig Potenziale für
den Leichtbau und damit reduziertem Energieverbrauch im Fahrbetrieb zu
erschließen.«
Wie funktioniert Innovation?
Prof. Dr. Michael Kaschke, Vorsitzender des Aufsichtsrats des Karlsruher
Instituts für Technologie KIT, sprach über wichtige Voraussetzungen, damit
sich »tolle Erfindungen« in unserer Gesellschaft auch durchsetzen können.
Seiner Erfahrung nach seien Kundenbedürfnisse, technisch und
gesellschaftlich akzeptierbare Technologien und erfolgreiche
Kommerzialisierung wichtige Aspekte, um über den ersten Gipfel überzogener
Erwartungen und das Tal zerstörter Illusionen dann auf das Plateau der
Produktivität zu gelangen. Manchmal jedoch setzten sich
erfolgversprechende Vorhersagen in anderer Form durch als ursprünglich
gedacht, so der ehemalige Vorstandsvorsitzende der Carl Zeiss AG mit Blick
auf das 1964 erfundene Bildtelefon und die heute viel genutzten
Videokonferenz-Tools wie zoom, MS-Teams oder Skype.
50 Jahre angewandte Werkstoffforschung
»Wir begreifen Werkstoffe als veränderliche Systeme und wir nehmen
Einfluss auf ihr Verhalten und ihre Eigenschaften«, erläutert der
Institutsleiter des Fraunhofer IWM, Prof. Dr. Peter Gumbsch, den Spirit
seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. »Mit diesem Ansatz leisten wir
Beiträge zu den großen Herausforderungen, die die Nachhaltigkeit, die
Ressourceneffizienz oder die Digitalisierung für die Industrie, die
Mobilität oder die Energiewirtschaft mit sich bringen.«
Anwendungsnahe Werkstoffforschung in Kooperation mit Industrie und
wissenschaftlichen Institutionen bilden die Agenda des Fraunhofer IWM.
»Schon seit 30 Jahren kooperiert das Fraunhofer IWM mit der Universität
Freiburg«, sagt Prof. Dr. Stefan Rensing, Prorektor für Forschung und
Innovation der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. »Wir haben
Lehrstuhlinhaber und Lehrbeauftragte vom Fraunhofer IWM in unseren
Fakultäten, betreiben gemeinsam das Institut für nachhaltige technische
Systeme INATECH und arbeiten im Leistungszentrum Nachhaltigkeit mit
Kolleginnen und Kollegen aus dem Fraunhofer IWM und den anderen Freiburger
Fraunhofer-Instituten zusammen«.
»Das Fraunhofer-IWM mit seinen über 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern
ist ein wichtiger Teil unserer quirligen Forschungsstadt Freiburg.
Zusammen mit den weiteren Fraunhofer-Instituten ist das Fraunhofer IWM ein
echter Leuchtturm und ein bedeutender Standortfaktor für Freiburg«, so
Freiburgs Oberbürgermeister Martin Horn.
Trotz Trennungsgeschichte: Fraunhofer IWM und EMI kooperieren bestens
Aus einer Abteilung des 12 Jahre älteren Fraunhofer Ernst-Mach-Instituts
für Kurzzeitdynamik EMI entstand 1971 zunächst das Fraunhofer-Institut für
Festkörpermechanik, das spätere Fraunhofer IWM. Etwa 20 begeisterte
Bruchmechanik-Pioniere untersuchten unter der Führung von Prof. Frank
Kerkhof die Rissausbreitung in Glas und in Stählen. Die Erfolgshypothese
der Institutsgründer: mit in Deutschland neuartigen bruchmechanischen
Prüf- und Bewertungsmethoden Sicherheitsaussagen zu technischen Bauteilen
wesentlich verbessern. Dies prägt das Institut noch heute – auf einer viel
breiteren wissenschaftlichen Basis mit modernsten Versuchsständen und
multiskaligen Simulationen aus einer Hand.
Prof. Dr. Frank Kerkhof war bis 1977 der Institutsleiter, auf ihn folgte
Prof. Dr. Erwin Sommer und 2001 der jetzige Institutsleiter Prof. Dr.
Peter Gumbsch. Nach der deutschen Wiedervereinigung bekam das Fraunhofer
IWM 1991 einen Tochter-Standort »Mikrostruktur von Werkstoffen und
Systemen« in Halle an der Saale, der sich 25 Jahre später als Fraunhofer-
Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS selbstständig
machte. Ein weiterer Standort befindet sich mit dem MikroTribologie
Centrum µTC in Karlsruhe in enger Kooperation mit dem Karlsruher Institut
für Technologie KIT.
Heute reicht die Expertise des Fraunhofer IWM von Verschleißschutz und
Tribologie über Fertigungsprozesse der Pulvertechnologie, Umformung und
Glasformgebung, Bauteil- und Crashsicherheit, Leichtbau bis hin zu
Werkstoffbewertung, Hochtemperaturverhalten und Lebensdauerkonzepten. Als
Querschnittsinstitut agiert das Fraunhofer IWM unabhängig von spezifischen
Branchen flexibel auf Marktveränderungen wie Digitalisierung oder
Biologisierung, erschließt relevante Zukunftsmärkte wie die
Quantenmechanik und erarbeitet gemeinsam mit Industriepartnern Lösungen
für wirtschaftliche und gesellschaftliche Herausforderungen wie die neue
Mobilität oder die Nutzung regenerativer Energien.
Themen-Beispiele des Fraunhofer IWM (Links und Bilder in dem Link der
Pressemitteilung)
Mit Wasserschmierung in Gleitlagern läuft’s umweltfreundlicher
Die Lager von Maschinen werden in der Regel mit Öl geschmiert. Doch große
Mengen dieser Öle landen auch heute noch in der Umwelt. Am Fraunhofer-
Institut für Werkstoffmechanik IWM, MikroTribologie Centrum µTC wurde
deshalb eine Methode entwickelt, mit der sich Gleitlager künftig auf
Wasserbasis schmieren lassen können. Das mit Ionen versetzte Wasser ist
nicht nur umweltfreundlicher als Öl. Es trägt zudem dazu bei, Gleitlager
noch effizienter zu machen.
Glasbiegeverfahren mit Maschinellem Lernen verfeinert:
Glasscheiben perfekt um die Ecke gebogen – auch für Doppelglasfenster
Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik
IWM biegen mit einem neuen Verfahren Glasscheiben »scharf« um die Ecke.
Bisher war ein 90-Grad-Knick nicht möglich. Anders als bei herkömmlichen
Biegeverfahren leidet die optische Qualität des Glases dabei nicht. Das
Glas mit der Ecke könnte künftig in der Architektur ungewöhnliche Akzente
setzen, aber auch in der Medizintechnik eingesetzt werden. Auch dem
Industriedesign eröffnet es neue Möglichkeiten.
Filmclip-Link in dem Link der Pressemitteilung: Glas »um die Ecke« biegen
mit selbstlernender Steuerung (KI)
Leichtbau bei Autofelgen:
Versuch und Simulation des Bruchverhaltens von Alufelgen
Im Automobil-Leichtbau werden Aluminiumfelgen eingesetzt, die in einem
Guss- oder Schmiedeverfahren mit anschließendem Flowforming-Prozess
hergestellt wurden. Da das Versagensverhalten der Felgen auf die
Radkinematik wirkt und dadurch das Crashverhalten des Gesamtfahrzeugs
beeinflussen kann, ist die Versagensmodellierung von Aluminiumfelgen für
die Prognose der gesamten Wirkkette des Systems von großer Bedeutung.
Filmclip-Link in dem Link der Pressemitteilung: Auswirkungen von
Materialschädigungen auf das Bauteilverhalten am Beispiel Autofelgen
Solarthermische Kraftwerke: Korrosion in Salzschmelzen im Griff haben
Angetrieben durch die Nutzung erneuerbarer fluktuierender Energiequellen
hat das Fraunhofer IWM Prüfmethoden für Materialien in
Hochtemperaturspeichern solarthermischer Kraftwerke auf Salzschmelzenbasis
(CSP Concentrated Solar Power Plants) entwickelt. Inzwischen haben
Salzschmelzen aus Nitraten und Nitriten an Bedeutung gewonnen, da sie
attraktive Wärmeleitungs- und Speichermedien für Anwendungen in der
Energieerzeugung sind. Damit Hochtemperaturspeicher und Wärmeüberträger
auf der Basis von Salzschmelzen zuverlässig arbeiten und ökonomisch
betrieben werden können, sind umfangreiche Qualifizierungsmaßnahmen für
die zur Anwendung kommenden Materialien erforderlich.