Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik
Koordinaten: 48° 2′ 0,6″ N, 7° 51′ 6,7″ O
| Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM | |
|---|---|
 Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik IWM, Wöhlerstrasse 11, Freiburg | |
| Kategorie: | Forschungseinrichtung |
| Träger: | Fraunhofer-Gesellschaft |
| Rechtsform des Trägers: | Eingetragener Verein |
| Sitz des Trägers: | München |
| Standort der Einrichtung: | Freiburg im Breisgau |
| Art der Forschung: | Angewandte Forschung |
| Fächer: | Ingenieurwissenschaften |
| Fachgebiete: | Werkstoffwissenschaft, Materialwissenschaft, Werkstoffmechanik |
| Grundfinanzierung: | Bund (90 %), Länder (10 %) |
| Leitung: | Peter Gumbsch |
| Mitarbeiter: | 292 |
| Homepage: | www.iwm.fraunhofer.de |
Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg ist eine Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Das Fraunhofer IWM ist Forschungs- und Entwicklungspartner der Industrie und von öffentlichen Auftraggebern zu Themen der Sicherheit, Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Funktionalität von Werkstoffen in Bauteilen und Fertigungsverfahren. Mit seinen Geschäftsfeldern und deren Leistungsspektrum ist das Fraunhofer IWM Forschungs- und Entwicklungspartner für die Bewertung und Weiterentwicklung hochbeanspruchter Werkstoffe und Bauteile und der Optimierung relevanter Fertigungsverfahren. Es wurde 1971 in Freiburg (Breisgau) gegründet und 1992 mit dem Standort in Halle (Saale) erweitert. Der Institutsteil Halle des Fraunhofer IWM wurde zum 1. Januar 2016 zum eigenständigen Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS.
Kompetenzen
Die Werkstoffmechanik des Fraunhofer IWM umfasst alle Fragen der Funktion, des Verhaltens und der Eigenschaften von Werkstoffen während ihrer Entwicklung, ihrer Herstellung, ihrer Verarbeitung und ihres Einsatzes. Basierend auf werkstoffmechanischem Know-how können die Eigenschaften, Funktionen und Belastungsgrenzen von Werkstoffen und Bauteilen für die gewünschten Anforderungen bewertet, eingestellt und verbessert werden. Die Expertise des Fraunhofer IWM liegt in den Bereichen, in denen Werkstoffe in Bauteilen und Fertigungsverfahren extremen und komplexen Belastungsbedingungen ausgesetzt sind und in denen Verbesserungen in Leistungsfähigkeit und Funktionen daher nur durch ein ganzheitliches Verständnis realisiert werden können. Aus dem Zusammenspiel von Experiment und Simulation werden Lösungen für werkstoffbezogene Fragen aus nahezu allen Industriebereichen erarbeitet. Als wissenschaftlich-technologisches „Handwerkszeug“ dienen dabei die Kernkompetenzen des Instituts:
Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung
Das Fraunhofer IWM charakterisiert und bewertet die Eigenschaften von Werkstoffen in Bauteilen und Fertigungsverfahren und das Verhalten von Bauteilen auf vielen Skalen. Es betrachtet Entwicklung, Fertigung und Einsatz von Werkstoffen und Bauteilen integral und unterstützt dabei, neue Funktionen und Fertigungsschritte zu realisieren.
Werkstoffmodellierung und Simulation
Um die Eigenschaften von Werkstoffen aus ihrer inneren Struktur abzuleiten, entwickelt und nutzt das Fraunhofer IWM mechanismen-basierte Werkstoffmodelle. Über solche Struktur-Eigenschaftsbeziehungen kann umgekehrt Einfluss auf die Strukturentwicklung bei der Herstellung und im Einsatz genommen werden.
Tribologie und Oberflächendesign
Beanspruchungen an Oberflächen werden analysiert und für mehr Funktionalität und Leistungsfähigkeit modifiziert.
Forschung
Die Projektbearbeitung im Fraunhofer IWM erfolgt in fünf Geschäftsfeldern. Je nach Projektthema wird ein interdisziplinäres Team mit den erforderlichen Kompetenzen zusammengestellt.
Materialdesign
Mit simulatorischen und experimentellen Methoden, basierend auf der Festkörperphysik und Werkstoffmechanik, klärt das Geschäftsfeld Materialverhalten auf und sagt Materialeigenschaften vorher. Dadurch können Materialstrukturen und -funktionen gestaltet werden. Einflüsse von Kristalldefekten und Gefügestrukturen auf das Materialverhalten im Großen werden aufgedeckt. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage, um Werkstoffe ressourcen- und energieeffizient zu kombinieren und dadurch technische Systeme nachhaltig zu verbessern.
Fertigungsprozesse
Das Geschäftsfeld betreibt die Untersuchung und technologische Entwicklung von effizienten und sicheren Fertigungsprozessen zur Herstellung von Halbzeugen und Bauteilen mit funktionalen Eigenschaften. Im Vordergrund stehen pulvertechnologische Prozesse inklusive komplexer Fluidsysteme bis hin zur Mikrofluidik, das Umformen und Bearbeiten von duktilen Werkstoffen sowie Bearbeitungsverfahren für spröde Werkstoffe und die Glasformgebung.
Tribologie
Das Geschäftsfeld betreibt Reibungs- und Verschleißforschung. Es optimiert tribologische Systeme und entwickelt Lösungen für Reibungsminderung und Verschleißschutz durch technische Keramik, durch neuartige Schmierstoffe, tribologische Schichtsysteme sowie durch fertigungstechnisch konditionierte Tribowerkstoffe. Reibungs-, Abrieb-, Einlauf- und Verschleißmechanismen werden aufgeklärt sowie die Tribochemie von Maschinenelementen wie Wälz- und Gleitlager, Schneid- und Umformwerkzeuge und Motor- und Getriebeelemente. Dazu werden experimentelle Untersuchungen, Multiskalenmodellierung und numerische Simulation als auch die Mikrostrukturanalyse genutzt.
Bauteilsicherheit und Leichtbau
Die Bewertung der Sicherheit und der Gebrauchseignung von Bauteilen mit hohen sicherheitstechnischen Anforderungen unter betriebsrelevanten Beanspruchungen stehen im Mittelpunkt des Aufgabenspektrums. Die Palette der Anwendungen reicht von Sicherheitsnachweisen von Kraftwerkkomponenten über den Nachweis der Fehlertoleranz von Bauteilen der Raumfahrt, der Lebensdaueranalyse von thermomechanisch beanspruchten Komponenten in Kraftwerken und Automobilen bis zur Crashanalyse von Fahrzeugkomponenten. Dabei sind neben dem Einsatzverhalten moderner Werkstoffe auch Fügeverbindungen und Hybridbauweisen von zentraler Bedeutung.
Werkstoffbewertung, Lebensdauerkonzepte
Das Geschäftsfeld bewertet den Einfluss von Mikrostruktur, Eigenspannungen und Schädigung auf Funktionalität und Lebensdauer von Bauteilen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Verknüpfung von zielgerichteten Analysen und Experimenten mit fortschrittlichen Werkstoffmodellen. Schwerpunkte der Arbeiten sind die Modellierung zyklischer thermo-mechanischer Beanspruchungen und die Aufklärung von Degradationsmechanismen der Korrosion, Spannungsrisskorrosion und Wasserstoffversprödung. Bei akuten Schadensfällen erstellt das Geschäftsfeld Gutachten.
Finanzierung und Personalstand
Der Betriebshaushalt wird finanziert durch externe Erträge und institutionelle Förderung (Grundfinanzierung). Der Betriebshaushalt betrug 2015 19,1 Mio. Euro, der Anteil der Industrieerträge lag dabei bei 44 Prozent. Der Investitionshaushalt lag 2015 bei 2,8 Mio. Euro.
Ende 2015 waren 237 Personen als Stammpersonal beschäftigt: 15 Wissenschaftlerinnen und 112 Wissenschaftler, 38 technische Beschäftigte, 63 Angestellte in der Infrastruktur und 9 Auszubildende. Inklusive der 55 wissenschaftlichen Hilfskräfte sowie Praktikantinnen und Praktikanten waren Ende 2015 insgesamt 292 Personen am Fraunhofer IWM beschäftigt.
Kooperationen
Albert-Ludwigs-Universität (Freiburg im Breisgau)
Chris Eberl leitet den Lehrstuhl Mikro- und Werkstoffmechanik am Institut für Mikrosystemtechnik IMTEK. Er hält Vorlesungen zu mikromechanischen Werkstoffeigenschaften und Werkstofftechnologien. Christian Elsässer ist außerplanmäßiger Professor für Physik an der Fakultät für Mathematik und Physik. Er hält Vorlesungen zu Themen der theoretischen Festkörper- und Materialphysik und Supraleitfähigkeit. Michael Moseler hat an der Fakultät für Mathematik und Physik eine Professur für Modellierung und Simulation funktionaler Nanosysteme. Er untersucht mit seiner Arbeitsgruppe, was auf mikroskopischer oder atomarer Skala bei Reibungs- und Verschleißprozessen geschieht. Michael Moseler ist aktives Mitglied, Christian Elsässer ist assoziiertes Mitglied des Freiburger Materialforschungszentrum FMF. Das FMF, eine zentrale Einrichtung der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, betreibt fach- und fakultätsübergreifend anwendungsnahe Grundlagen- und zielorientierte Auftragsforschung im Bereich der Materialforschung, speziell bei neuen Materialien und materialbezogenen Technologien. Das Fraunhofer IWM ist Partner im 2015 gegründeten Leistungszentrum Nachhaltigkeit Freiburg, eine Kooperation aus der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und den fünf Freiburger Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft. In Kooperationsprojekten liefert das Fraunhofer IWM beispielsweise Beiträge zur Speicherung erneuerbarer Energien und zu Leichtbaulösungen aus Verbundwerkstoffen.
Karlsruher Institut für Technologie (Karlsruhe)
Peter Gumbsch leitet den Lehrstuhl Werkstoffmechanik am Institut für Angewandte Materialien - Computational Materials Science IAM-CMS. Viele grundlagenorientierte Simulationsmethoden, die am IAM-CMS entwickelt werden, fließen in anwendungsnahe FuE-Projekte am Fraunhofer IWM ein und tragen so zu erfolgreichen Projektergebnissen für viele industrielle Auftraggeber bei. DFG-geförderte Sonderforschungsbereiche und Forschungsgruppen sowie EU-Projekte am IAM-CMS bieten Anknüpfungspunkte für angewandte Forschungs- und Entwicklungsprojekte am Fraunhofer IWM. Matthias Scherge leitet das MikroTribologie Centrum µTC, eine gemeinsame Initiative des Fraunhofer IWM und IAM-CMS. Es vereinigt die tribologischen Aktivitäten beider Institute und kombiniert industrienahe Forschung, Grundlagenwissenschaften und Lehre.
Weblinks
- Offizielle Website
- MikroTribologie Centrum µTC
- Leistungszentrum Nachhaltigkeit Freiburg
- Fraunhofer-Verbund Werkstoffe, Bauteile - Materials
- Institut für Mikrosystemtechnik IMTEK
- Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Mathematik und Physik
- Karlsruher Institut für Technologie Angewandte Materialien - Computational Materials Science IAM-CMS