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Der Deutsche Verband für Materialforschung und -prüfung e. V. (DVM), hat den ehemaligen Leiter des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg, Prof. Dr. Dr. E. h. Erwin Sommer, am 31. März 2023 mit der Ehrenmitgliedschaft ausgezeichnet. Damit werden Sommers Leistungen für den Verband und seine Errungenschaften bei der Etablierung der Bruchmechanik als materialwissenschaftliches Forschungsgebiet in Deutschland gewürdigt. Die Bruchmechanik ist das Konzept schlechthin für die Aufklärung von rissbedingten Schadensfällen in Bauteilen und die Bewertung der Bauteilsicherheit.

Die Fraunhofer-Gesellschaft, die weltweit führende Organisation für anwendungsorientierte Forschung, unterhält in Freiburg fünf Institute mit insgesamt rund 2500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Damit ist Freiburg der größte Fraunhofer-Standort in Deutschland – noch vor Berlin und Dresden. Beim Girls‘ Day am 27. April bieten die fünf Institute Mädchen Einblicke in vielfältige Forschungsgebiete – von Chemie bis Maschinenbau, von Mikrostrukturen bis Weltraumtechnik, von Erdbebensicherheit bis saubere Energie.

Steigende Anforderungen an Blechumformprozesse erfordern immer umfangreichere experimentelle Charakterisierungen der Ausgangswerkstoffe. Gleichzeitig werden die verwendeten Charakterisierungsversuche durch den Einsatz dünnerer Bleche vor immer neue Herausforderungen gestellt. Das Virtuelle Labor des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg schafft Abhilfe: Es bestimmt die nötigen Kennwerte für die Auslegung des Blechumformprozesses per Simulation. Für die Weiterentwicklung des Virtuellen Labors kooperiert das Fraunhofer IWM mit der Universität Twente in den Niederlanden.

Die additive Herstellung von Werkzeugen mit pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen »Laser Powder Bed Fusion« bietet zahlreiche Vorteile, sie ist wirtschaftlich, präzise und ermöglicht individuelle Lösungen. Doch ist es mitunter schwierig, die optimalen Prozessparameter, wie die Geschwindigkeit oder die Leistung des Lasers, zu bestimmen. Fraunhofer-Forschende simulieren erstmalig den Prozess auf der Mikrostrukturskala, um direkte Zusammenhänge zwischen Werkstückeigenschaften und gewählten Prozessparametern erkennen. Dafür kombinieren sie verschiedene Simulationsmethoden miteinander.

Programmierbare Materialien sind wahre Formwandler. Auf Knopfdruck ändern sie kontrolliert und reversibel ihre Eigenschaften und passen sich selbstständig an neue Gegebenheiten an. Einsatzbereiche sind beispielsweise bequemes Sitzen oder Matratzen, die das Wundliegen verhindern. Dabei verformt sich die Unterlage so, dass die Auflagefläche groß ist und sich der Druck auf die Körperteile dadurch verringert. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer Cluster of Excellence Programmierbare Materialien CPM entwickeln solche programmierbaren Materialien und bringen sie gemeinsam mit Industriepartnern zur Marktreife. Ziel ist es unter anderem, den Einsatz von Ressourcen zu reduzieren.

20 Prozent der weltweit erzeugten Energie geht durch Reibung verloren. Mit neuen Materialien, Oberflächen und Schmierstoffen könnten langfristig 40 Prozent davon eingespart werden – das entspricht CO2-Emissionen von mehr als drei Gigatonnen pro Jahr! Einen Weg dorthin eröffnet die Supraschmierung in Maschinenelementen. Fraunhofer-Forschende arbeiten daran, diese vom Labor in die Anwendung zu bringen.

Öl als Schmiermittel ist altbekannt – weniger alltäglich dagegen ist der Festkörperschmierstoff Graphit. Zwar kommt er bei niedrigen Anpressdrücken zum Einsatz, jedoch waren die auftretenden Effekte bisher nur bedingt verstanden. Insbesondere war unklar, ob sich dieses Schmiermittel auch bei hohen Anpressdrücken, etwa in Wälzlagern, einsetzen lässt. Forschende konnten das gängige Reibungsmodell zur Erklärung der Wirkungsweise nun erweitern. Im Journal Nature Communications veröffentlichten sie ihre Ergebnisse und erklären, wieso diese der Graphitschmierung künftig einen Weg in die Hochdruckanwendungen eröffnen.

Sie sind praktisch, enorm flexibel und versprechen umweltfreundliche Mobilität. Immer mehr Menschen nutzen einen E-Scooter im Stadtverkehr. Dabei häufen sich auch die Unfälle mit schweren Verletzungen. Das Risiko, das mit den schellen Flitzern verbunden ist, wird vielfach unterschätzt. Nun haben Fraunhofer-Forschende im Projekt »HUMAD« ein typisches Unfallszenario und die damit einhergehenden Verletzungen untersucht. Dabei haben die Expertinnen und Experten auch neuartige Werkstoffe für Helme und Protektoren getestet. Diese könnten viel besser als herkömmliche Produkte schützen.

In dem für uns besonderen Jahr 2021 haben wir unser 50-jähriges Bestehen gefeiert und unseren Erweiterungsbau eröffnet. Unsere Anfänge lagen vor 50 Jahren in der Bruchmechanik. Deshalb haben wir diese Methode als Themenschwerpunkt des vorliegenden Jahresberichts gewählt.

Wenige Atome bestimmen, ob Kraftwerke störungsfrei laufen oder Fahrzeuge energieeffizient unterwegs sind. Eine virtuelle Materialsonde macht tribologische Prozesse auf atomarer Skala sichtbar – und somit steuerbar. Für diese Entwicklung erhält ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM den Wissenschaftspreis des Stifterverbandes 2022.