Technische Ausstattung

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

© Fraunhofer IWM

Mechanische Prüfung und Bewertung

Werkstoffprüfung und Extensometrie

  • Servohydraulische, elektrodynamische und elektromechanische Prüfmaschinen für Prüfkräfte von 10 mN bis 8 MN mit Prüfkammern von 80 bis 2 500 K zur statischen, dynamischen und zyklischen Prüfung
  • Servohydraulische Torsionsprüfanlage bis ±4 kNm und ±50 Grad
  • Versuchsstände zur thermomechanischen Ermüdung bis 1 800 °C
  • Klimatisierte Shakerprüfanlage für Vibrations- und Shocktests
  • Dynamische mechanische Analyse (DMA, 18 mN bis 500 N)
  • Versuchsstände zur Untersuchung des Kriechverhaltens von Kunststoffen und Verbundwerkstoffen
  • ARAMIS-Systeme zur optischen dreidimensionalen Dehnungsmessung
  • Speckle-Interferometer zur berührungslosen Vibrationsanalyse
  • Zweistrahl-Laserextensometer zur berührungslosen Verformungsmessung
  • Prüfrahmen für Zugprüfungen in Hochdruck-Wasserstoff bei bis zu 1 000 bar
  • Autoklav zur Wasserstoff-Beladung bei bis zu 350 °C und 500 bar

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Werkstoffcharakterisierung für crashartige Belastungen

  • Hochgeschwindigkeitsprüfeinrichtungen für stoß- und crashartige Belastungen bis 100 m/s (Druckgasbeschleunigungsanlage)
  • Schnellzerreißmaschinen bis 500 kN und Abzugsgeschwindigkeiten bis 20 m/s
  • Pendelschlagwerke von 1 bis 750 J
  • Fallgewichtsanlagen bis 7 000 J
  • Hochgeschwindigkeits-Videokameras mit bis zu 1 Million Bilder/s in Verbindung mit optischer ARAMIS-Dehnungsfeldanalyse
  • Hochgeschwindigkeits-IR-Kamera zur Analyse adiabatischer Temperaturerhöhungen bei Crashbelastungen

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Bauteilprüfung

  • Motorprüfstand
  • Rohrprüfstände für Langzeit- und Innendruckversuche bis 750 °C, mit Wechsellasteinrichtungen zur Überlagerung von axialem Zug und Druck
  • Innendruckprüfeinrichtungen bis 650 bar und Triaxialpressen bis 7 000 bar, beide bis 1 000 K
  • Multiaxiale Prüfmaschinen (Spannfelder) zur komplexen Bauteilprüfung
  • Bauteil-Crashtests mit 3D-ARAMIS-Dehnungsfeldanalyse mit Hochgeschwindigkeits-Videokameras
  • Scannendes Laser-Doppler-Vibrometer

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Bewertung des Einsatzverhaltens bei Temperatur- und Medienbelastung

  • Vakuum-, Klima- und Temperaturprüfkammern
  • Korrosionsprüfstände für wässrige und gasförmige Medien
  • Induktive Erwärmungsanlagen
  • Jominy-Versuchsstand
  • Gleeble (Thermomechanische Umformanlage)

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Prüfung von Mikroproben

  • Piezogetriebene Prüfmaschinen für Zug-, Druck- und Dreipunktbiegeversuche sowie für Ermüdungsversuche von Mikroproben bis zu 100 Hz (typische Probendicken im Bereich von 20 bis 500 μm)
  • Resonanzapparaturen zur Ermüdung von Mikroproben unter Biege-, Torsions- und multiaxialer Belastung im Frequenzbereich von einigen 100 Hz bis in den kHz-Bereich
  • Dunkelfeld- und Hellfeld-Mikroskope sowie vergrößernde Objektive mit Kameras zur berührungslosen Dehnungsmessung von Mikroproben unter Verwendung von Digitaler Bildkorrelation
  • 2-Photonen-Lithografiesystem (Nanoscribe) zur Erzeugung dreidimensionaler Polymerstrukturen mit Detailgenauigkeiten < 1 μm; durch metallische Beschichtungen können somit auch mechanisch stärker beanspruchbare Metamaterialen erzeugt werden

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Material- und Oberflächencharakterisierung

Ionen-/Elektronenmikroskopie

  • Plasma-FIB-Anlage
  • Rasterelektronenmikroskope (REM) mit Röntgenanalyse (EDX, WDX) und Beugungsanalyse (EBSD)
  • Atmosphärisches REM (ESEM) mit EDX-Analyse

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Physikalisch/chemische Oberflächenanalytik

  • Time-of-Flight-Sekundärionen-Massenspektroskopie (ToF-SIMS)
  • Photoelektronenspektroskopie mit Abtragsmodus, Tiefenprofil (XPS, UPS) sowie Auger-Elektronenspektroskopie (AES)
  • Tiefenprofil-Glimmentladungsspektrometer (GDOES)
  • Kontaktwinkelmessung

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Topografie- und Konturmessung

  • Rasterkraftmikroskope (AFM), u.a. mit Lateralkraftmessung und Flüssigkeitsmesszelle
  • Weißlichtinterferometer
  • Konfokal-Laserscanningmikroskope (CLSM)
  • Profilometer und Rauheitsmesseinrichtungen
  • Interferometrische Eigenspannungsmessung
  • Interferometer mit Phasenschieber für Konturmessung von Asphären

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Lichtoptische und spektrometrische Verfahren IR-UV

  • Lichtmikroskope, Dunkelfeld- und DIK-Modus
  • Quantitative Bildanalysesysteme
  • UV/VIS/NIR-Spektrometer und Spektralellipsometer
  • Elektrolumineszenz- und Photolumineszenz-Spektroskopie
  • Infrarot-Mikroskopie
  • FTIR-Spektroskopie und -Mikroskopie mit ATR-Messzellen
  • Konfokales Ramanmikroskop und Raman-Spektrometer
  • IR-Spannungsoptik-Messungen

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Röntgenografische Verfahren, Mikrostruktur- und Spannungsanalyse

  • 3D-Röntgen-CT-Inspektionsanlagen mit in situ-Verformungseinrichtung
  • Röntgendiffraktometer für Spannungsmessung, Textur- und Phasenanalyse mit Hochtemperatureinrichtung bis 2 300 K und Dünnschichtanalyseeinrichtung
  • Mobile Diffraktometer für Eigenspannungsanalysen
  • Mikrodiffraktometer (laterale Auflösung von 100 μm)
  • Bohrlochverfahren für tiefenauflösende Eigenspannungsanalysen
  • Luftgekoppelter Ultraschall (Scanfläche 1 500 x 1 000 mm²)
  • Akustische Rastermikroskopie (MHz bis GHz)

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Thermophysikalische Messverfahren

  • Dynamische Differenzkalorimetrie bis 1 600 °C
  • Thermogravimetrische Analyse
  • Differential-Thermoanalyse
  • Dilatometer für Messungen bis 1 650 °C
  • Temperatur- und Wärmeleitfähigkeitsmessung (Light-Flash-Methode) bis 2 000 °C
  • Luftgekoppelter Ultraschall (75 kHz, 125 kHz)

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Charakterisierung von Schichten und Oberflächen, Tribologie

  • Verschleißmessanlagen für kleinste Verschleißraten (1-5 nm/h) mit Radionuklidtechnik und Plasmaspektroskopie (ICP-OES)
  • Stift-Scheibe-Prüfstände
  • Wälz- und Gleitverschleißprüfstände
  • Kugellagerprüfstande
  • Diverse Mikrotribometer (Temperatur, Umgebung, Vakuum)
  • Tribokorrosionsprüfstände
  • Frettingprüfstand bis 1 500 Hz
  • Nanoindenter mit Temperierung
  • Scratch-Tester mit Scanning-Option
  • Mikro- und Makrohärteprüfer (vollautomatisch und manuell), mobile Härtemessung
  • Registrierender Eindruckversuch bis 600 °C
  • Rücksprunghärtemessgerät
  • Schichtdickenmessung (Wirbelstrom/Magnetinduktion)

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Material- und Spurenanalyse

  • Massenspektroskopie mit induktions-gekoppeltem Plasma (ICP-MS) mit Laserablation, chemische Extraktion und elektrothermische Vaporisation
  • Wasserstoffanalysator inkl. Auslagerungsofen
  • Stickstoff- und Sauerstoffanalysator
  • Dichte- und Porositätsmesseinrichtungen
  • Wasserstoffpermeationsprüfstand mit Zug- und Temperiereinrichtung
  • Restgasanalysator
  • Gaspermeationsmessgerät
  • Thermische Desorptionsspektrometer zur Wasserstoffanalyse

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Beschichtung, Oberflächenfunktionalisierung

  • Plasma-CVD-Beschichtungsanlagen (CCP/ICP)
  • DC-Puls-Beschichtungsanlagen
  • Hochfrequenz-Magnetron-Bias-Beschichtungsanlagen
  • Ionenstrahlunterstützte Elektronenstrahlverdampfungsanlagen
  • Mehrkammerbeschichtungsanlage für Multilagenbeschichtungen und Hybridschichten
  • Plasmaätzanlagen
  • Nasschemische Beschichtungsanlagen (Spin-Coating, Rakelbeschichtung, Tauchbeschichtung)
  • Ionenätzanlage zur Probenpräparation und Oberflächenbearbeitung
  • Blankpressanlage für präzisionsoptische Bauteile aus anorganischem Glas
  • Pressanlagen für schnelles Heißprägen von Glas
  • Laserschneidanlage zum thermischen Trennen von Glas
  • Ultra Präzisionsdreh-, -schleifmaschinen und –fräsmaschinen zur Diamantbearbeitung
  • Kugelstrahlanlagen zur Verfestigung und Strukturierung von Oberflächen

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Berechnungswerkzeuge

Software

  • ABAQUS, ANSYS, MSC PATRAN/NASTRAN, MSC MARC, PAM-CRASH, LS-Dyna, FEAP, SYSWELD, DEFORM, simufact
  • »Gvect« zur Erzeugung von FE-Modellen aus Messungen von Kornorientierungen mit der »Electron Back Scatter Diffraction«-Methode (ANSYS und ABAQUS)
  • »Fitit®« zur Parameteridentifikation
  • »ThoMat« zur Lebensdauervorhersage von Hochtemperaturbauteilen mit Finite-Elemente Programmen
  • »CARES/Life« zur probabilistischen Festigkeitsbewertung spröder Werkstoffe in Verbindung mit numerischen Simulationen
  • »Verb« zur Beurteilung von Komponenten mit rissartigen Defekten
  • Modelle zur statistischen Festigkeits- und Lebensdauerbeschreibung für Siliziumkomponenten
  • »OpenFOAM« für Strömungsprozesse in der Tribologie
  • ATHENE, OREAS, Algorithmen zur Simulation von Mikrorissfeldern: zur Anwendung der Randelementmethode (REM)
  • FE-Postprocessing-Tools zur Schädigungssimulation und Festigkeitsvorhersage in Faserverbundlaminaten mit Bohrungen und Kerben (ANSYS, PATRAN/NASTRAN)
  • Programme für quantenmechanische Berechnungen und atomistische Simulationen von Werkstoffeigenschaften
  • Ab initio-Dichtefunktionaltheorie, semi-empirische Tightbinding- Elektronenstrukturmethoden, Molekularstatik- und Molekulardynamik-Methoden mit Bond-Order-Potenzialen und mit klassischen Mehrkörper-Kraftfeldern
  • »optiSLang« für multidisziplinäre Optimierung, Sensitivitätsstudien, Robustheitsbewertungen, Zuverlässigkeitsanalysen sowie Robust-Design-Optimierung
  • »SimPARTIX®« zur partikelbasierten Simulation auf Basis der Diskrete-Elemente Methode und der Smoothed-Particle-Hydrodynamics- Methode
  • Thermokinetik-Software zur Berechnung physikalischer und chemischer Vorgänge

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Hardware

  • Linux-Serverfarmen und Linux-Cluster mit 64-Bit-Prozessoren von INTEL und AMD mit insgesamt mehr als 2.000 Cores

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