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Förderung Sonderforschungsbereich zu sauerstofffreier Produktion

| Redakteur: Melanie Krauß

An der Leibniz Universität Hannover wurde der neue Sonderforschungsbereich (SFB) „Sauerstofffreie Produktion“ bewilligt. Ziel der Wissenschaftler ist es, eine Produktionstechnik unter Sauerstofffreiheit zu entwickeln und zu etablieren.

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Insbesondere bei Fügeprozessen (hier Wire Additive Arc Manufacturing) werden große Effekte erwartet.
Insbesondere bei Fügeprozessen (hier Wire Additive Arc Manufacturing) werden große Effekte erwartet.
(Bild: ©IW/Leibniz Universität Hannover)

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert den Sonderforschungsbereich in den kommenden vier Jahren mit rund 9,5 Mio. Euro.

In der Produktionstechnik ist Sauerstoff der Universität zufolge bei vielen Prozessen häufig ein wesentlicher Störfaktor. Die Forscher wollen den Sauerstoffgehalt deshalb 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, heißt es. Vielfältige neue Produkteigenschaften und ein echter Technologiesprung würden so ermöglicht.

„Unser Schwerpunkt Produktionstechnik hat mit dieser zweiten Bewilligung eines Sonderforschungsbereichs in diesem Segment einmal mehr seine Forschungsstärke und Innovationskraft bewiesen“, freut sich Universitätspräsident Prof. Dr. Volker Epping über den Erfolg der Fakultät für Maschinenbau. „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 Sonderforschungsbereichs, 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 betreffe 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.“

Sauerstofffreiheit wie im interstellaren Raum

Das Team des neuen Sonderforschungsbereichs.
Das Team des neuen Sonderforschungsbereichs.
(Bild: ©Maximilian Weiss)

Da in jedem technisch realisierbaren Vakuum ebenso wie in einer beispielsweise beim Schweißen eingesetzten Argon-Schutzgasatmosphäre noch immer zu viele Sauerstoffatome vorhanden seien, könnten bisher die durch Oxidation verursachten Limitierungen von Metallverarbeitungsprozessen nicht überwunden werden. Die Wissenschaftler des SFB verfolgen nun einen neuartigen 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 der Universität zufolge 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. 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.“

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