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Hochfeste Stähle spielen im modernen Fahrzeug- und Maschinenbau eine wesentliche Rolle. Werden diese Stähle bei der Herstellung von Bauteilen geschweißt, können bewegliche Wasserstoff-Atome im Material Probleme verursachen: Die Atome sammeln sich langsam an Bauteilbereichen mit hohen Eigenspannungen an und machen dort den Stahl spröde. Die Folge sind sogenannte Kaltrisse, die für Bauteilausschuss sorgen können. Dr. Frank Schweizer vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM hat nun eine Simulations-Methodik entwickelt, mit der Bauteilhersteller diese Kaltrissneigung bewerten und ihre Produktion entsprechend anpassen können.

Nach dem Motto »Wissenschaft praktisch zum Anfassen« entdecken Schülerinnen an vier Fraunhofer-Instituten Themen, an denen in Freiburg geforscht wird. Sie lernen Materialprüflabore, feinmechanische Werkstätten, Beschichtungsanlagen oder Reinräume kennen und legen bei vielen Aufgaben selbst Hand an. Der Girls' Day ist in diesem Jahr am 26. April.

Die Digitalisierung der Wirtschaft nimmt rasant zu und bestimmt mit sogenannten »Smart Factories« die vierte industrielle Revolution. Ein elementarer Bestandteil dabei sind die Werkstoffe: Sie bestimmen die Funktion der Produkte. Ihr komplexes Materialverhalten während der Produktion und im Produktlebenszyklus bietet ein bislang unerschlossenes Potenzial – gerade für Industrie 4.0. Der Workshop MaterialDigital am 11. und 12. April 2018 am Freiburger Fraunhofer IWM ist eine neue Plattform für Vernetzung und Austausch zur Digitalisierung in Entwicklung, Verarbeitung und im Einsatz von Werkstoffen und Bauteilen.

Bauteile für Automobile und Maschinen werden häufig in mehreren Massivumformschritten hergestellt. Dabei können die Werkstoffe bis an die Grenze ihrer Verformbarkeit belastet werden und unsichtbare Schäden auftreten, die wichtig für die Lebensdauervorhersage eines Bauteils sind. Bisher gebräuchliche Computersimulationen zur Auslegung eines Bauteils können die Schädigungsentwicklung in mehrstufigen Prozessen nicht immer präzise genug berechnen, um Ort und Zeitpunkt eines Materialversagens vorherzusagen. Dies leistet nun ein neues Simulationsmodell, das am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg entwickelt wurde.

Die biologische Transformation wird in Zukunft Natur und Technik, also die Bio- und die Techno-Sphäre zusammenführen. Durch die Evolution in 3,5 Milliarden Jahren optimierte Prinzipien, Prozesse und Organismen werden vermehrt Einzug halten in die industrielle Wertschöpfung. Durch Innovationen aus der Bio- und Informationstechnik können sie kultiviert und für zahlreiche industrielle Prozesse genutzt werden. So wird die Wertschöpfung effektiver, effizienter und nachhaltiger. Lokal abgegrenzte technische Fabrik- und Fertigungssysteme werden sich zu selbstorganisierten, vernetzten und adaptiven Wertschöpfungssystemen wandeln. Damit sind sie für die Anforderungen der Zukunft optimal aufgestellt. Ziel des Projekts BIOTRAIN ist es, Potenziale und Bedarf der biologisch inspirierten Transformation im Hinblick auf eine nachhaltige Wirtschaftsweise zu analysieren.

Kooperieren und vernetzen - so lautet die zeitgemäße Antwort auf immer komplexer werdende technische und wissenschaftliche Fragestellungen unserer Zeit. Aus diesem Grund bündeln jetzt die Fraunhofer-Institute für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, für Werkstoffmechanik IWM und für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF ihre Kompetenzen. Sie bieten damit ein umfassendes Portfolio für eine ganzheitliche Werkstoffcharakterisierung von Kunststoffen und Faserverbunden für die Bauteilauslegung an. Die Kooperation umfasst sowohl den wissenschaftlichen Forschungsansatz als auch die industrielle Anwendbarkeit der erzielten Lösungen. Vorteil dieser Vernetzung: Kunden erhalten nicht einzelne Bausteine für ihre Auslegungs- und Bemessungsmethodik, sondern ein zusammengeführtes validiertes Konzept. In ihrer neuen Kooperation sind die drei Institute offen für die Zusammenarbeit mit Partnern, mit denen sie in gemeinsamen Projekten herausfordernde wissenschaftliche Fragestellungen bearbeiten können.

Stellen Sie sich vor, Katalysatoren könnten mit Sonnenlichtenergie aus Wasser Wasserstoff produzieren und würden ihn mit Kohlendioxid aus Abgasen von Fabrikanlagen effizient in umweltfreundlichen Diesel-Ersatzkraftstoff Oxymethylenether OME umwandeln. Der Kraftfahrzeugmotor liefe zudem mit sehr geringer Reibung und würde dadurch sehr viel weniger Kraftstoff als herkömmliche Autos benötigen. Mit diesen Zukunftsvisionen als Ziel klären Forscherinnen und Forscher am Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM mithilfe von Simulationen quantenchemische und molekulare Vorgänge an Materialgrenzflächen auf. Dafür wurden sie mit dem »John von Neumann Exzellenzprojekt« ausgezeichnet.

Der zentrale Energiespeicher des Elektro-Autos, die Batterie, kann bei einem Crash beschädigt werden und im schlimmsten Fall durch interne Kurzschlüsse die Sicherheit der Fahrzeuginsassen aber auch der Einsatzkräfte gefährden. Das Wirtschaftsministerium fördert nun mit rund 600.000 Euro das Forschungsvorhaben »Battmobil« zur Verbesserung der Crashsicherheit von Batterien für die Elektromobilität an den Freiburger Instituten Fraunhofer IWM und Fraunhofer EMI. Ministerin Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut sagt: »die Crashsicherheit von Batterien ist wesentlich für eine erhöhte Akzeptanz der Elektromobilität«.

Auf Schneidwerkzeugen, Lagern und Dichtungen helfen Diamantbeschichtungen, Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Wasser vermindert die Reibung dabei erheblich. Die Gründe dafür sind bislang nicht vollständig verstanden. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM und das Institut für Physik der Universität in Freiburg liefern mit einer Simulation neue Erklärungen für das Reibungsverhalten von Diamantoberflächen unter Wasserzugabe: Nicht nur die bekannte Passivierung der Oberflächen mittels Wasserspaltung spielt eine Rolle, es tritt auch eine aromatische Passivierung mittels Pandey-Rekonstruktion auf. Die Ergebnisse wurden im Magazin Physical Review Letters publiziert.

Um Prozesskosten bei der industriellen Bauteilfertigung zu senken und die Qualität zu steigern, kommen zunehmend diamantbeschichtete Zerspanwerkzeuge aus Hartmetall zum Einsatz. Problematisch ist bislang die Schichthaftung, insbesondere bei der Bearbeitung von Verbund- und Leichtbauwerkstoffen. Eine geeignete Vorbehandlung ist daher essentiell. Dr. Manuel Mee vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM hat eine neue Vorbehandlungsroutine zur Steigerung der Haftung von CVD-Diamant auf Hartmetall entwickelt: Durch Bündelung verschiedener Verfahrensansätze in einem Prozess können sämtliche Einflussfaktoren der Schichthaftung berücksichtigt und diese damit grundlegend verbessert werden.