Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert nach Mitteilung der TU Chemnitz weiterhin die unter Federführung der TU Chemnitz erfolgreich agierende Forschungsgruppe FUNDAM3ENT, die aus hochfesten Werkstoffen durch Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden Bauteile mit Funktionsoberflächen herstellen will.
Große Freude im Chemnitzer Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert die Forschungsgruppe Funktionsflächen durch adiabatische Hochgeschwindigkeitsprozesse: Mikrostruktur, Mechanismen und Modellentwicklung – FUNDAM3ENT (FOR 5380) unter Federführung der Technischen Universität Chemnitz weitere vier Jahre. Die Forschungsgruppe wird in diesem Zeitraum mit rund 3,9 Millionen Euro inklusive einer Programmpauschale für indirekte Kosten gefördert, davon etwa 1,64 Millionen Euro an der TU Chemnitz. Der Sprecher der Forschungsgruppe ist weiterhin Prof. Dr. Thomas Lampke, Inhaber der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik der TU Chemnitz.
Das Team der DFG-Forschungsgruppe FUNDAM3ENT anlässlich eines Promotionsseminars mit den US-amerikanischen Gastdozenten Prof. Krishnaswamy Ravi-Chandar, University of Texas at Austin, und Prof. Glenn Daehn, Ohio State University (3. u. 4. v. r.) (Bild: FUNDAM3ENT)
Im Mittelpunkt der Forschung steht das sogenannte, in der Blechteilefertigung verortete Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden, das aus ökonomischer und ökologischer Perspektive eine effiziente Alternative für das Scherschneiden von Stahl im Vergleich zu konventionellen Verfahren darstellt. An der Forschungsgruppe beteiligt sind zudem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz, des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg, der TU Dortmund, der TU München sowie der Professur Werkstoffwissenschaft der TU Chemnitz. Ganz entscheidend für die bisher erzielten wissenschaftlichen Erfolge unserer Forschungsgruppe ist die hervorragende Zusammenarbeit zwischen den Teilprojekten an den verschiedenen Standorten, sagt Thomas Lampke.
Schnittflächen werden genau untersucht, um deren Eigenschaften zu verbessern
In der ersten Förderperiode konnte die DFG-Forschungsgruppe nachweisen, dass deutlich höhere Anschnittgeschwindigkeiten beim Scherschneiden zu einem signifikant verbesserten Eigenschaftsprofil der Schnittflächen führen. Neben einer erhöhten geometrischen Genauigkeit zeigen die geschnittenen Kanten laut Lampke auch ein besseres Verschleiß-, Korrosions- und Ermüdungsverhalten. Im Idealfall ließen sich so energieintensive Nachbearbeitungsschritte einsparen, wodurch die Prozesskette wesentlich verkürzt werden könne.
Durch die enge Verzahnung von Produktionstechnik und Werkstoffwissenschaft innerhalb der Forschungsgruppe wurde das wissenschaftliche Verständnis über die während des Schneidvorgangs im Blech ablaufenden Mechanismen bereits deutlich erweitert. So wurde erforscht, wie die Erzeugung sogenannter adiabatischer Scherbänder im Werkstoff gezielt genutzt werden kann, um eine verbesserte Funktionalität der Schnittfläche zu erreichen. Diese Scherbänder sind wenige Mikrometer breite, stark gescherte Werkstoffbereiche, die sich bei hohen Verformungsgeschwindigkeiten bilden, wobei die genauen Voraussetzungen, unter denen diese Effekte auftreten, in der Forschungsgruppe erstmals systematisch untersucht wurden. Dabei zeigte sich, dass neben dem Werkstoff und der Schneidgeschwindigkeit auch der im Blech herrschende Spannungszustand, der ganz wesentlich durch den Abstand zwischen Stempel und Matrize – also den Schneidspalt – bestimmt wird, einen entscheidenden Einfluss auf die Schnittflächeneigenschaften hat, sagt Dr. Rico Drehmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik.
Weitere Forschung soll den Weg in die Praxis ebnen
In der zweiten Förderperiode soll dieses Verständnis weiter vertieft und gleichzeitig der Weg zur industriellen Umsetzung geebnet werden. Deshalb werden unter anderem verschiedene Stähle betrachtet, die Blechtemperatur während des Schneidvorgangs variiert, die Werkzeugbelastung reduziert und komplexe zwei- und dreidimensionale Bauteilgeometrien hergestellt. Unsere Erkenntnisse fließen in die Herstellung eines industrienahen Demonstrators ein, sagt Lampke. Dabei handle es sich um ein Kettenglied einer sogenannten Flyerkette, die als Last- und Hubkette beispielsweise in Gabelstaplern oder Werkzeugmaschinen eingesetzt wird. Die Forschung in den kommenden vier Jahren solle zudem die Kernkompetenzen Materialien und Intelligente Systeme sowie Ressourceneffiziente Produktion und Leichtbau der TU Chemnitz stärken.
Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses
Alle beteiligten Forschungseinrichtungen legen ein besonderes Augenmerk auf die Förderung von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Hervorzuheben sind hierbei neben zahlreichen Konferenzteilnahmen insbesondere die jährlichen Promotionsseminare, zu denen international renommierte Wissenschaftler eingeladen werden, sagt Prof. Lampke. Der wissenschaftliche Austausch liefere wichtige Impulse für die eigene Weiterqualifikation und fördere den Aufbau eines breiten Netzwerks. In den ersten vier Jahren entstanden so mehr als 20 hochwertige Publikationen. Beleg für die frühzeitige Einbindung von Studierenden in die Forschungsarbeiten des Konsortiums sind 19 abgeschlossene studentische Arbeiten, die bisher im Rahmen der Forschungsgruppe entstanden sind.
Forschungsdatenmanagement im Blick
Einen besonderen Schwerpunkt setzt die Forschungsgruppe bei dem immer wichtiger werdenden Thema des Forschungsdatenmanagements (FDM). Hierfür wird die in der ersten Förderperiode von den Projektpartnern aufgebaute Instanz des Open Source FDM-Systems openBIS weiter ausgebaut. Vorrangiges Ziel ist der Gewinn von neuen Erkenntnissen durch eine umfassende, weitgehend automatisierte Datenanalyse. Dies geht einher mit einer noch stärkeren Vernetzung mit übergeordneten Dateninfrastrukturen, wie beispielsweise dem Konsortium NFDI-MatWerk.
Weitere Informationen einschließlich einer Übersicht über die in der Forschungsgruppe FUNDAM3ENT entstandenen Publikationen finden Interessierte unter: www.for-5380.de Mario Steinebach
Kontakt
Dr. Rico Drehmann,
E-Mail rico.drehmann@mb.tu-chemnitz.de
Prof. Dr. Thomas Lampke,
E-Mail thomas.lampke@mb.tu-chemnitz.de
- www.tu-chemnitz.de
Text zum Titelbild: Perspektivisch soll es möglich sein, Bauteile wie zum Beispiel Zahnräder und Kettenglieder durch Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden in einem Prozessschritt ohne weitere Nachbearbeitung aus verschiedenen Blechwerkstoffen herzustellen (Bild: Jacob Müller)
