Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik
48.0335037.851866
Fraunhofer-Institut für
Werkstoffmechanik
Kategorie: Forschungseinrichtung
Träger: Fraunhofer-Gesellschaft
Rechtsform des Trägers: Eingetragener Verein
Sitz des Trägers: München
Standort der Einrichtung: Freiburg im Breisgau, Halle (Saale)
Art der Forschung: Angewandte Forschung
Fächer: Ingenieurwissenschaften
Fachgebiete: Werkstoffwissenschaft, Materialwissenschaft
Grundfinanzierung: Bund (90%), Länder (10%)
Leitung: Peter Gumbsch, Ralf B. Wehrspohn
Mitarbeiter: 344
Homepage: www.iwm.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik
Der Haupteingang

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM ist eine Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.. Das Fraunhofer IWM betreibt an seinen Standorten Freiburg im Breisgau und Halle (Saale) angewandte Forschung und Entwicklung auf den Gebieten Werkstoffwissenschaft und der Materialwissenschaft. Das Fraunhofer IWM wurde 1971 in Freiburg (Breisgau) gegründet. Seit 1992 besteht der Standort in Halle (Saale).

Inhaltsverzeichnis

Kompetenzen

Allen thematischen Herausforderungen, denen sich das Fraunhofer IWM stellt, liegt der Zugang über den Werkstoff zugrunde, ebenso die Frage, wie sich die Werkstoffeigenschaften und das Bauteilverhalten durch technologie- oder einsatzbedingte mechanische, thermische, chemische oder elektrische Belastungen verändern. Bei der Bewältigung dieser Herausforderungen baut das Fraunhofer IWM auf seine Kernkompetenzen:

  • Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung
  • Werkstoffmodellierung und Simulation
  • Grenzflächen- und Oberflächentechnologie

Die Kernkompetenzen werden fachgebietsübergreifend und für verschiedene Werkstoffe eingesetzt um Schwachstellen und Fehler in Bauteilen aufzufinden, ihre Ursache aufzuklären, sie zu vermeiden beziehungsweise in ihren Auswirkungen zu beherrschen, die dafür benötigten Testverfahren, Prüf- und Diagnosetechniken, Modellierungskonzepte und Simulationswerkzeuge zu entwickeln, Bauteile und Fertigungsprozesse zu bewerten, zu simulieren und zu verbessern, die Eigenschaften der Werkstoffe und Bauteile für die im Einsatz auftretenden Belastungen optimal einzustellen und die Leistungsfähigkeit der Werkstoffe möglichst vollständig auszuschöpfen.

Forschung

Die Projektbearbeitung im Fraunhofer IWM erfolgt in acht Geschäftsfeldern:

Für moderne Materialien und Beschichtungen werden wettbewerbsrelevante neue Anwendungen vorzugsweise in tribologisch beanspruchten Systemen erschlossen und deren Grenzen ermittelt. Gemeinsam mit Projektpartnern werden die Gebrauchseigenschaften der Werkstoffe für die jeweiligen Einsatzbedingungen verbessert. Tribologische Optimierung wird erreicht durch gezielt entwickelte Werkstoffe und Oberflächenbehandlungen. Für den optimalen Werkstoffeinsatz müssen die einwirkenden Belastungen möglichst genau ermittelt werden. Jede neue Werkstoffpaarung erfordert zudem die genaue Kenntnis der Werkstoff- und Oberflächeneigenschaften und deren Veränderung im Betrieb. Diese werden mit mechanischen, tribologischen und physikalisch-chemischen Untersuchungsverfahren, die speziell für die praktische Anwendung optimiert wurden, ermittelt.

  • Fertigungstechnologie

Das Leistungsangebot beinhaltet Untersuchungen und technologische Entwicklungen zur Herstellung von Komponenten mit besonderen funktionalen Eigenschaften, sowie Analysen und Optimierungen durch Werkstoffmodellierung. Im Vordergrund stehen Materialbearbeitung, Präzisionsformgebung, Giess-, Druck und Pressprozesse, sowie Beschichtungen und Materialsysteme aus den Bereichen Hartstoffe, Gläser, optische Funktionsmaterialien, Halbleitermaterialien, Ferroelektika.

  • Bauteilsicherheit

Die Bewertung der Sicherheit und der Gebrauchseignung von Bauteilen mit hohen sicherheitstechnischen Anforderungen unter betriebsrelevanten Beanspruchungen stehen im Mittelpunkt unseres 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, wobei neben dem Einsatzverhalten moderner Werkstoffe auch Fügeverbindungen und Hybridbauweisen von zentraler Bedeutung sind.

  • Prozess- und Werkstoffbewertung

Das Geschäftsfeld Prozess- und Werkstoffbewertung unterstützt seine Auftraggeber bei der Auswahl und Substitution von Werkstoffen, bei der Bewertung und Optimierung von Fertigungsschritten und bei der Charakterisierung des Festigkeits- und Einsatzverhaltens von Werkstoffen, Werkstoffverbunden und Bauteilen. Die Simulation und experimentelle Aufklärung der Mikrostruktur von Werkstoffen, deren Veränderung durch beispielsweise formgebende Verfahren oder thermisches Fügen oder durch die Betriebsbeanspruchungen stehen im Fokus der Arbeiten. Es werden Lösungsvorschläge zum mikrostrukturellen Design, zur Beeinflussung des Eigenspannungszustandes und zur Optimierung der Herstellungs- und Betriebsbedingungen erarbeitet.

Polymere substituieren in immer mehr Bereichen konventionelle Materialsysteme und führen durch Kombination mit konventionellen Materialklassen zu höherwertigen Hybridsystemen. Das Geschäftsfeld Polymeranwendungen bietet die komplette Entwicklungskette vom Materialdesign bis zum geprüften prototypischen Bauteil in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Pilotanlagenzentrum in Schkopau an. Dabei spielen Vorhersage der mechanischen Eigenschaften, und damit der Prototypenersatz, eine immer größere Rolle bei kürzer werdenden Entwicklungszeiten. Material-Kompetenzen liegen im Bereich der thermoplastischen Polymere und Polymercompounds, der polymerbasierten Hochleistungsverbundmaterialien und der Elastomere.

  • Biologische und makromolekulare Materialien

Für Anwendungen in der Kunststoffverarbeitung, Medizintechnik und Biotechnologie werden im Auftrag von Kunden Lösungen zu innovativen Veredlungsverfahren von Polymerfolien erarbeitet. Es werden ferner Oberflächenmodifizierungs- und Beschichtungsverfahren für biologische und biokompatible Materialien entwickelt und bewertet sowie Nanotechnologien zur Materialfunktionalisierung verwendet.

Für Bauteile der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik werden Struktur-, Material- und Bauteileigenschaften charakterisiert, Technologieschritte bei der Herstellung optimiert, die Zuverlässigkeit von Mikrobauteilen bewertet und Prüfverfahren für Mikrodimensionen entwickelt.

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP betreibt angewandte Forschung im Bereich der Solarmodule und Solarwafer. Im Mittelpunkt steht zum einen die methodische Charakterisierung der Forschungsgegenstände. Zum anderen arbeitet das Fraunhofer CSP an effizienzsteigernden Lösungen im Bereich der Waferfertigung und entwickelt neue Module. Hierbei liegt der Forschungsschwerpunkt auf der zu verbessernden Zuverlässigkeit von Modulen.

Infrastruktur

Der Haushalt des Fraunhofer IWM setzt sich zusammen aus einem Betriebshaushalt und einem Investitionshaushalt. Im Betriebshaushalt sind alle Personal- und Sachaufwendungen enthalten. Diese werden finanziert durch externe Erträge und institutionelle Förderung (Grundfinanzierung).

Der Anteil der Industrieerträge zur Finanzierung des Betriebshaushaltes liegt bei 36 Prozent.

Der Betriebshaushalt des Fraunhofer IWM ist weiter gewachsen. Die Zahlen belaufen sich für das Jahr 2009 auf 23,4 Millionen Euro (Hochrechnung Dezember 2009). Davon entfallen 13,5 Millionen Euro auf den Institutsteil Freiburg und 9,9 Millionen Euro auf den Institutsteil Halle.

Der Investitionshaushalt umfasst Normal-, strategische und Projektinvestitionen. Der Investitionshaushalt betrug 2009 insgesamt 3,7 Millionen Euro. Im Zuge des Konjunkturpakets I der Bundesregierung wurden 2009 im Fraunhofer IWM insgesamt weitere 4,5 Millionen Euro für Geräteinvestitionen aufgewendet.

Kooperationen

Sichere Fahrzeuge, alternative Energielösungen, innovative Medizintechnik – die Werkstoffmechanik liefert zukunftsorientierte Lösungen für zuverlässige und langlebige Bauteile. Voraussetzung hierfür sind Menschen, die sich den Aufgaben stellen, die aus Wirtschaft und Wissenschaft an uns herangetragen werden. Daher arbeiten wir eng mit Universitäten und Hochschulen zusammen und engagieren uns mit großem Einsatz in der Qualifikation wissenschaftlichen Nachwuchses.

  • Zusammenarbeit mit Universitäten und Hochschulen:

Die enge Kooperation mit Universitäten und Hochschulen bringt Vorteile für alle Beteiligten: Mit einer breiten Kompetenzbasis erschließen wir wirtschaftlich und gesellschaftlich relevante Themen. Dabei werden die theoretischen Grundlagen an Hochschulen und Universitäten mit der praktischen Umsetzung am Fraunhofer IWM verbunden. Studierenden können wir eine fundierte und praxisnahe Ausbildung anbieten.

    • Karlsruher Institut für Technologie (Karlsruhe): Prof. Peter Gumbsch leitet das Institut für Zuverlässigkeit von Bauteilen und Systemen (IZBS). Viele grundlagenorientierte Simulationsmethoden, die am IZBS 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 IZBS bieten Anknüpfungspunkte für angewandte Forschungs- und Entwicklungsprojekte am Fraunhofer IWM. Ein wichtiger Meilenstein, um die enge Verbindung weiter voranzubringen, wird 2009 der Start der Bauplanungen für das neue Mikrotribologiezentrum in Karlsruhe sein, an dem Fraunhofer IWM und IZBS gleichermaßen beteiligt sind. Darin werden Fragen der Reibung und des Verschleißes in technischen Systemen experimentell und numerisch behandelt.
    • Albert-Ludwigs-Universität (Freiburg im Breisgau): Prof. Dr. Christian Elsässer ist außerplanmäßiger Professor für Physik an der Fakultät für Mathematik und Physik. Er hält Vorlesungen zu Themen der theoretischen Festkörper- und Materialphysik. Prof. 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 Materialforschungszentrums 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.
    • Deutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina - Nationale Akademie der Wissenschaften (Halle): IWM-Institutsleiter Prof. Peter Gumbsch ist Mitglied der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina.
    • Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (Halle): Der Leiter des IWM-Standorts Halle, Prof. Ralf Wehrspohn, leitet den Lehrstuhl für Mikrostrukturbasiertes Materialdesign.
    • Hochschule für Kunst und Design Burg Giebichenstein (Halle): Kooperation, um neue Werkstoffkenntnisse in das Design von Produkten einfließen zu lassen und Designanforderungen mit neuen Werkstoffen umzusetzen.
    • Hochschule Anhalt (FH) (Standort Köthen): Kooperation zur Zusammenarbeit in der Photovoltaik und Solartechnik. Dualer Studiengang Solartechnik mit Studienteil am Fraunhofer IWM oder in der Industrie. Prof. Dr. Andreas Heilmann, Fraunhofer IWM Halle lehrt an der Hochschule Anhalt im Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen, Mikro- und Nanotechnologie.
    • Hochschule Merseburg (FH): Prof. Dr. Matthias Petzold, Fraunhofer IWM Halle, lehrt an der Hochschule Merseburg (FH) im Bereich Mikroelektronik.
    • Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (FH) (Leipzig): Kooperation zur praxisbezogenen Ausbildung der Studierenden im Bereich Strukturmechanik, Werkstoff- und Kunststofftechnik, Biomechanik sowie Mikrosystem- und Medizintechnik.

Im Rahmen des Pakts für Forschung und Innovation haben Fraunhofer und Max-Planck sich zu gemeinsamen mehrjährigen Projekten verpflichtet. Die Grundlagenforschung der Max-Planck-Gesellschaft in innovativen Forschungsrichtungen wird durch die anwendungsorientierte Forschung der Fraunhofer-Gesellschaft in die wirtschaftliche Nutzung überführt.

  • Vernetzungen innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft:

Die aktive Zusammenarbeit in Verbünden und Allianzen innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft hat zum Ziel Kompetenzen der materialwissenschaftlich orientierten Institute zu bündeln.

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