Ultraschall verbindet

Nachhaltige Werkstoffsysteme mithilfe von Leistungsultraschall entwickeln und verbessern: Die Walter und Ingeborg Herrmann Stiftung, 2009 von dem Stifterehepaar Walter und Ingeborg Herrmann gegründet, unterstützt die Forschung am Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) der Universität Freiburg in den kommenden fünf Jahren mit insgesamt einer halben Million Euro – verbunden mit der Option, die Laufzeit um weitere fünf Jahre zu verlängern und die Fördersumme auf insgesamt eine Million Euro zu verdoppeln. „Das Thema Umwelt und Nachhaltigkeit zählt zu den zentralen Profilbereichen unserer Universität. Wir sind sehr froh und dankbar, dass die Walter und Ingeborg Herrmann Stiftung sich nun auf diesem Gebiet in solch herausragender Weise engagiert und damit neue Impulse für Forschung und Lehre ermöglicht“, sagt Rektor Prof. Dr. Hans-Jochen Schiewer.

Walter und Ingeborg Herrmann gründeten 1961 in Karlsbad die heutige Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG. Ihre Stiftung verfolgt unter anderem den Zweck der Förderung von Wissenschaft und Forschung im Bereich der Verbindungstechnik von verschiedenen Materialien mittels Leistungsultraschall. Mit ihrer finanziellen Unterstützung des INATECH will sie einen Beitrag zur Entwicklung neuer ingenieurwissenschaftlicher Kompetenzen und Prozesstechniken auf diesem Gebiet leisten. „Es ist uns ein Anliegen, dass die technologischen Herausforderungen und Entwicklungen hinsichtlich der Verbindung von Stoffen auch mit den gesellschaftlich bedeutsamen Themen von heute verknüpft werden. Dazu gehören die Energie- und Mobilitätskonzepte von morgen, aber auch die Sicherheit und Gesundheit unserer Welt“, betonen Walter und Ingeborg Herrmann.

Inhaber der Walter und Ingeborg Herrmann Professur für Engineering of Functional Materials ist Prof. Dr. Frank Balle, der zum 1. April 2018 von der Technischen Universität Kaiserslautern an die Universität Freiburg gewechselt ist. Sein Forschungsschwerpunkt sind hybride Werkstoffsysteme, die durch Materialkombinationen entstehen. Dabei nutzt er Leistungsultraschall, um unterschiedlichste Werkstoffe miteinander zu verschweißen. „Unser Ziel sind leichtere, effizientere und damit nachhaltigere Strukturen, die neue Funktionen erfüllen und dennoch in der Fertigung möglichst kostenneutral bleiben“, erläutert Frank Balle. Ein Beispiel bietet die Kombination von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und Metallen im Flugzeugbau. Die leichten und zugleich stabilen CFK kommen dort zwar zum Einsatz, erfüllen aber nicht alle Funktionen, die in aktuellen Flugzeugkonzepten erwünscht sind – etwa den Blitzschutz oder die elektromagnetische Abschirmung des Flugzeugrumpfs. Bessere elektrische Eigenschaften hat dagegen ein Verbundwerkstoff, der Kohlenstofffasern und leitfähige Metallfasern beinhaltet. Um diesen Faserverbundwerkstoff im Flugzeugrumpf mit Leichtmetallen zu verbinden, eignet sich das im Flugzeugbau übliche Nieten nicht optimal: Die Bohrungen, die dafür erforderlich sind, verursachen Schwachstellen im Material und müssen daher zusätzlich geschützt werden. „Eine aussichtsreiche Alternative für die Verbindung solcher Materialien bietet das Ultraschallschweißen – nicht nur für Verbunde aus Kunststoffen und verschiedenen Metallen, sondern auch für Verbunde beispielsweise aus Metall und Glas oder Keramik“, ergänzt Frank Balle. Darüber hinaus nutzt er Ultraschall, um die Ermüdung und Langlebigkeit von Verbundwerkstoffen, die unter anderem in Windkraftanlagen zum Einsatz kommen, zu überprüfen und zu verbessern.

Die Universität Freiburg hat das INATECH im Jahr 2015 an der Technischen Fakultät gegründet. Es ist zugleich der ingenieurwissenschaftliche Kern des Leistungszentrums Nachhaltigkeit, das die Universität gemeinsam mit den fünf Freiburger Fraunhofer-Instituten betreibt. „Die Förderung durch die Herrmann-Stiftung dient gleich in mehrfacher Hinsicht der Nachhaltigkeitsforschung am INATECH. Verbindungstechniken für neue, leichtere Werkstoffe sind ein Aspekt. Forschungs- und Anwendungsbeispiele dazu finden sich in allen drei Schwerpunktthemen des INATECH, den Materialien, der Energie und der Resilienz. Und das Thema ist wesentlich für die strategischen Forschungssäulen zum Themenkreis Materialsysteme, das unter anderem im Exzellenzcluster livMatS – Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials erforscht wird“, sagt Prof. Dr. Stefan Hiermaier, Gründungsdirektor des INATECH.