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IFW am neuen Sonderforschungsbereich "Sauerstofffreie Produktion" beteiligt

IFW am neuen Sonderforschungsbereich "Sauerstofffreie Produktion" beteiligt

© Maximilian Weiß
Team des Sonderforschungsbereichs "Sauerstofffreie Produktion"

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert den Sonderforschungsbereich „Sauerstofffreie Produktion". Das IFW ist mit zwei Projekten beteiligt, die sich jeweils mit der geometrisch bestimmten Zerspanung und der geometrisch unbestimmten Zerspanung unter Ausschluss von Sauerstoff beschäftigen. Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena, Leiter des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, freut sich auf die Herausforderungen, die die Forschung im Konsortium des SFBs hinsichtlich der Fertigungstechnik mit sich bringt: "Die sauerstofffreie Fertigung bietet ein enormes Potential zur Entwicklung neuartiger Technologien und sie erhöht die Recyclingfähigkeit sauerstoffaffiner Werkstoffe.“ Die spanende Bearbeitung ohne Sauerstoff wirkt sich auf die Wechselwirkung zwischen Werkzeug und Werkstück aus. Sie ermöglicht beispielsweise die Generierung reiner, oxidfreier Oberflächen.

Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert SFB mit 9,5 Millionen Euro

Ziel der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Sonderforschungsbereichs (SFB) ist es, eine Produktionstechnik unter Sauerstofffreiheit zu entwickeln und zu etablieren, die faszinierende neue Möglichkeiten eröffnet. Der SFB wird in den kommenden vier Jahren mit rund 9,5 Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

In der Produktionstechnik ist Sauerstoff bei vielen Prozessen häufig ein wesentlicher Störfaktor. In dem neuen Sonderforschungsbereich 1368 "Sauerstofffreie Produktion" soll der Sauerstoffgehalt auf bisher nicht erreichbar niedrige Werte reduziert werden. In einer sauerstofffreien Umgebung können ganz neue, energieeffiziente und ressourcenschonende Prozesse und eine insgesamt effizientere Produktion realisiert werden. Vielfältige neue Produkteigenschaften und ein echter Technologiesprung werden so ermöglicht.

Auch Universitätspräsident Prof. Dr. Volker Epping freut sich über den Erfolg der Fakultät für Maschinenbau: "Unser Schwerpunkt Produktionstechnik hat mit dieser zweiten Bewilligung eines Sonderforschungsbereichs in diesem Segment einmal mehr seine Forschungsstärke und Innovationskraft bewiesen. Die Bewilligungen sind ein Beleg für die hohe wissenschaftliche Qualität der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und die Expertise in diesem Bereich."

Prof. Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier, Direktor des Instituts für Werkstoffkunde am Produktionstechnischen Zentrum Hannover und Sprecher des am 1. Januar 2020 offiziell startenden SFB, erklärt die Herausforderung: "Wo immer in der Produktionstechnik zwei Metalle in unmittelbaren Kontakt miteinander kommen, treffen eigentlich nicht die Metallatome aufeinander, sondern die auf den jeweiligen Oberflächen befindlichen Oxidschichten, die durch den Sauerstoff in der Umgebung gebildet werden." Das betrifft im Grunde alle produktionstechnischen Verfahren. "Diese Oxidschichten erschweren zum Beispiel das Fügen von Werkstücken, weswegen wir beim Schweißen, Löten und in der additiven Fertigung durch oxidschichtfreie Werkstoffe große Vorteile erwarten. Ebenso könnte der Verschleiß von Werkzeugen beim Spanen und Umformen durch die Abwesenheit von Sauerstoff signifikant reduziert werden."

Da in jedem technisch realisierbaren Vakuum ebenso wie in einer beispielsweise beim Schweißen eingesetzten Argon-Schutzgasatmosphäre noch immer zu viele Sauerstoffatome vorhanden sind, können bisher die durch Oxidation verursachten Limitierungen von Metallverarbeitungsprozessen nicht überwunden werden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des SFB verfolgen nun einen innovativen Ansatz, um erstmals produktionstechnische Verfahren unter völliger Sauerstofffreiheit zu realisieren: "Wir werden dem Argon eine kleine Menge Silan zugeben", erklärt Sebastian Herbst, Wissenschaftler am Institut für Werkstoffkunde und künftiger Geschäftsführer des SFB. "Silan, also SiH4, ist extrem wirksam: Das Silicium reagiert mit dem Sauerstoff in der Umgebung, sodass Siliciumdioxid und Wasser entstehen. Auf diese Weise erzeugen wir eine Sauerstofffreiheit, die derjenigen im interstellaren Raum entspricht."

In der ersten, jetzt bewilligten Förderperiode werden sich die rund 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus verschiedenen Fachdisziplinen grundlegenden Fragestellungen widmen: "Wir beginnen zunächst damit", erläutert Herbst, "auf die Wirkzone zu schauen, also etwa: Was passiert in einer sauerstofffreien Umgebung an genau der Stelle, an der ein Laserstrahl auf Metall trifft?" Dieser Fokus soll sich nach und nach ausweiten bis zur umfassenden Erforschung und Entwicklung konkreter produktionstechnischer Verfahren des Urformens, Umformens, Fügens, Trennens und Beschichtens in einer sauerstofffreien Umgebung.

Die Einrichtung eines neuen Sonderforschungsbereichs ist eine hohe Anerkennung für die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, denn ein SFB hat die erklärte Aufgabe, aktuelle und erfolgversprechende Forschungsfelder im Wissenschaftsbetrieb neu zu setzen, voranzubringen und idealerweise nach der maximalen Laufzeit von zwölf Jahren etabliert zu haben. Professor Maier schätzt diese Anerkennung, sieht aber auch den damit verbundenen großen Auftrag: "Wir werden in unserem Team eine wirklich neue Art zu produzieren in den Blick nehmen - von den Grundlagen bis in die Anwendung. Das ist eine großartige, aber auch große Herausforderung, die wir sehr gerne annehmen."

Hintergrund:

Zum Team des SFB 1368 unter Federführung des Instituts für Werkstoffkunde gehören neben dem Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen noch insgesamt fünf weitere Institute des Produktionstechnischen Zentrums Hannover und mit dem Institut für Produktentwicklung und Gerätebau zudem ein weiteres Institut der Fakultät für Maschinenbau der Leibniz Universität Hannover. Außerdem sind das Institut für Verteilte Systeme (Fakultät für Elektrotechnik und Informatik), das Laser Zentrum Hannover und vier Institute aus Physik und Maschinenbau der Technischen Universität Clausthal beteiligt.

Hinweis an die Redaktion:

Für weitere Informationen zum Sonderforschungsbereich (SFB) steht Ihnen Dr.-Ing. Sebastian Herbst, Institut für Werkstoffkunde an der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 18324 oder per E-Mail unter herbst@iw.uni-hannover.de gerne zur Verfügung.

Ansprechpartner des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover im SFB ist Dr.-Ing. Marc-André Dittrich unter Telefon +49 511 762 2554 oder per Mail unter dittrich@ifw.uni-hannover.de gerne zur Verfügung.