Mit der
Neugründung des Instituts für Werkstoffe, Technologien und Mechanik (IWTM) im Oktober 2024 wurden die zuvor eigenständigen Institute für Mechanik (IFME), Werkstoff- und Fügetechnik (IWF) sowie Fertigungstechnik und Qualitätssicherung (IFQ) zu einer leistungsstarken, interdisziplinären Forschungseinrichtung zusammengeführt. Diese Struktur vereint mechanische Modellierung und Simulation, moderne Werkstoffentwicklung sowie innovative Fertigungs- und Qualitätssicherungsverfahren unter einem gemeinsamen Dach.
Die enge Verzahnung dieser drei Kompetenzbereiche ermöglicht einen durchgängigen Entwicklungs- und Forschungspfad – von der Materialauswahl und Werkstoffauslegung über die Modellierung und Strukturanalyse bis hin zu Fertigungstechnologien, Qualitätsprüfung und betrieblichen Anwendungen. Dadurch entsteht ein einzigartiges Kompetenzprofil, das gleichermaßen Grundlagenforschung, Technologietransfer und industrielle Anwendung stärkt.
Seit Juni 2024 verstärkt Frau Dr. Hanka Becker mit ihrem DFG geförderten Emmy-Noether-Projekt: „Neue Legierungsfamilien aus recyceltem Aluminium für Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung“ unser Team.
Seit dem 01.01.2025 sind die Labore für Elektronen- und Ionenmikroskopie, welche zuvor zum IWTM gehörten, in eine neue, zentrale Struktureinheit der Universität übergegangen. Die neu gegründete Core Facility for Microscopy and Materials Analysis (CMMA) ermöglicht den universitätsweiten Zugang zu den entsprechenden Geräten und Methoden und trägt durch die Bündelung von Equipment und Kompetenzen zur Professionalisierung der Universität bei.
Forschungsschwerpunkt MechanikDie Forschungsarbeiten im Bereich Mechanik konzentrieren sich auf die modellbasierte und experimentelle Analyse des mechanischen Verhaltens von Strukturen, Bauteilen und Systemen. Zentrale Themen sind die Festkörpermechanik, die Strukturdynamik und Schwingungslehre, die Fluid-Struktur-Interaktion sowie die Simulation und Optimierung komplexer technischer Systeme. Dabei werden sowohl lineare als auch nichtlineare Material- und Strukturmodelle eingesetzt sowie Mehrfeldprobleme und Kopplungen zu thermischen, elektrischen und akustischen Prozessen analysiert.
Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung, Modellierung und Regelung adaptiver Struktursysteme, der Untersuchung von Mehrkörpersystemen und rotordynamischen Phänomenen, der Auslegung und Bewertung dünnwandiger Tragwerke sowie der Simulation mikrostruktureller und multiphysikalischer Vorgänge. Methoden wie Finite-Elemente-Analysen, Mehrkörpersimulation, Homogenisierung, Phasenfeldmodelle oder Reduktionsverfahren bilden das methodische Fundament. Die Anwendungsfelder reichen vom Fahrzeug- und Maschinenbau über den Anlagen- und Werkzeugmaschinenbau, die Luft- und Raumfahrt und Robotik bis hin zur Biomechanik und Medizintechnik.
Die einzelnen Forschungsaktivitäten lassen sich entsprechend der jeweiligen Expertisen folgenden Lehrstühlen und Bereichen zuordnen:
Lehrstuhl für Adaptronik (Prof. Hans Peter Monner)
- Beeinflussung der elastomechanischen Struktureigenschaften durch systemoptimale Integration von Sensoren und Aktuatoren vorzugsweise auf der Basis von multifunktionalen Werkstoffen zur aktiven Formkontrolle, aktiven Schwingungsreduktion und aktiven Schallbeeinflussung
- Systemanalyse und Identifikation: Experimentelle Analyse des Strukturverhaltens für die Modellbildung, Reglerentwicklung und Validierung adaptiver Struktursysteme
- Modellierung und Simulation komplexer adaptiver Struktursysteme: Analytische und numerische Beschreibung adaptiver Struktursysteme zur Auslegung, Analyse, Optimierung und Simulation
- Reglerentwicklung und Implementierung: Entwicklung, Anpassung und Implementierung adaptiver und robuster Regelungsalgorithmen für adaptive Struktursysteme
- Sensor- und Aktuatorintegration: Integration von angepassten, handhabbaren und zuverlässigen Aktuator-und Sensorsystemen
- Demonstration und experimentelle Validierung: Integration aller Komponenten zu einem adaptiven Gesamtsystem und experimentelle Validierung der Leistungsfähigkeit
- Einsatz und Weiterentwicklung von Methoden der experimentellen Mechanik zur Schwingungsmessung und Vibroakustik
Lehrstuhl für Mehrkörpersystemen (Prof. Elmar Woschke)
- Analyse und Modellierung mechanischer Systeme unter Wirkung dynamischer Lasten mit den Schwerpunkten: Mehrkörper- und Maschinendynamik, Finite-Elemente-Analysen, Identifikation und Modellbildung mechanischer Systeme, Schwingungserregung, selbsttätiges Auswuchten, experimentelle Untersuchungen an Schwingungssystemen, Rotordynamik
- Fluid-Struktur-Interaktion mit den Schwerpunkten: Implementierung elastischer Komponenten in MKS-Anwendungen, Kopplung von Strukturdynamik und anderen Feldproblemen (Hydrodynamik, Thermodynamik, Elektrodynamik etc.) in dynamischen Systemen, Reduktionsmethoden
- Simulation linearer und nichtlinearer Schwingungen unter transienten Bedingungen
- Ganzheitliche rückwirkungsbehaftete Modellierung der Kopplung zwischen Lagerung und mechanischer Struktur, detaillierte Modellierung von Lagerungselementen (hydrodynamische Lager, aerodynamische Lager, Wälzlager etc.) unter dynamischer Belastung inkl. systembestimmender Schwingungsphänomene (Whirl/Whip)
- Biomechanik mit den Schwerpunkten: simulationsbasierte und experimentelle Bewegungsanalyse, numerische Optimierung von Implantationsvorgängen für Endoprothesen
- Optimierung mechanischer Systeme zur Minimierung komplexer Zielgrößen
Lehrstuhl für Numerische Mechanik (Prof. Daniel Juhre)
- Finite-Elemente-Methode (FEM) mit den Schwerpunkten: Mehrfeldprobleme (mechanisch, thermisch, elektrisch, chemisch), Struktur-Akustik-Interaktion, Wellenausbreitung, Nichtlineare Probleme (Kontakt, große Verformungen)
- Modellierung der Lambwellenausbreitung in Kompositwerkstoffen im Zusammenhang mit dem Strutural Health Monitoring (SHM)
- Finite Gebietsmethoden (finite, spektrale und polygonale Zellenmethode) zur Simulation zellularer und poröser Materialien für die Simulation akustischer und thermischer Wellen, die Festigkeit von Druckgussbauteilen u.ä.
- Mikro-Makro-Modelle, numerische Homogenisierung und Optimierung von faser- und partikelverstärkten Polymeren, Gradientenwerkstoffen und Smart Materials
- Numerische Methoden für die virtuelle Produktentwicklung: ganzheitliche Modellierung und Optimierung
- Entwicklung und Erprobung von adaptiven (smarten, intelligenten) Systemen zur Schwingungs- und Schallreduktion
- Untersuchung und konzeptionelle Beschreibung der Lebensdauer von Gummiwerkstoffen unter mehrachsigen Belastungszuständen
- Simulation von Phasentransformationen und der Rissentstehung und -ausbreitung mithilfe der Phasenfeld-Methode
Bereich für Technische Mechanik (apl. Prof. Konstantin Naumenko)
- Grundlagen für Theorien linienförmiger und flächenhafter Tragwerke (Stäbe, Balken, Platten und Schalen)
- Kriech- und Schädigungsmechanik
- Werkstoffmodelle für Hochtemperaturkriechen und Identifikation der Werkstoffparameter aus dem Experiment
- Werkstoff- und Bauteilsimulationen bei erhöhten Temperaturen
- Mikropolare Kontinua
- Gradiententheorie
- Schäume, Gradientenwerkstoffe, Sandwiche, Laminate
- Nanomechanik
- Modellierung und Simulation von Photovoltaikstrukturen
- Grundlagen der Kontinuumsmechanik
- Homogenisierungsverfahren
- Modellierung und Analyse von Interphasenschädigung in Kompositen
- Peridynamik
Lehrstuhl für Technische Dynamik (Prof. Jens Strackeljan)
- Strukturdynamik mit Fokus auf Modell-Updating, Strukturmodifikation, aktive Schwingungsentstörung adaptiver Systeme, Analyse mechanischer Systeme unter Berücksichtigung stochastischer Parameterstreuungen
- Maschinendynamik mit den Schwerpunkten: Entwicklung von Optimierungsverfahren, Einsatz und Auslegung von Unwuchtvibratoren, Selbstsynchronisation von Unwuchtvibratoren, Entwicklung von hochfrequenten Dentalinstrumenten (Bohrer, Ultraschallschwinger), Crashuntersuchungen an Rotoren
- Schwingungsüberwachung mit den Schwerpunkten: Schwingungsdiagnostik an rotierenden Maschinen speziell für extrem langsam bzw. schnell drehende Rotoren, Simulation von Maschinenschäden, Erstellung von Software zur Maschinenüberwachung
- Methoden des Softcomputing in der Mechanik: Nutzung des Softcomputing (Fuzzy-Logik, Neuronale Netze) für Fragestellungen der Mechanik (Mehrzieloptimierung, Prognosetechniken), Entwicklung neuer Algorithmen und Methoden zur Klassifikation von Schwingungssignalen
Forschungsschwerpunkt Werkstoff- und FügetechnikDer Bereich Werkstoff- und Fügetechnik beschäftigt sich mit der Entwicklung, Herstellung, Charakterisierung und Bewertung moderner Werkstoffe und Fügeverfahren. Die Forschung umfasst metallische, intermetallische und anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe und Verbundstoffe sowie pulvermetallurgische und additive Fertigungsverfahren. Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt auf der gezielten Einstellung von Mikrostrukturen und Werkstoffeigenschaften durch Werkstoffmodifikation, Prozessführung, Wärmebehandlung und Simulation.
Im Bereich der Fügetechnik werden Lichtbogen-, Laser- und Widerstandsschweißprozesse sowie mechanische und klebtechnische Fügeverfahren untersucht, einschließlich der Analyse von Schweißeignung, Rissbildung und thermomechanischen Wechselwirkungen. Ergänzend dazu bildet die zerstörungsfreie Prüfung ein weiteres Kerngebiet, in dem Wirbelstrom- und röntgenbasierte Verfahren, computertomographische Analytik sowie In-situ-Prüftechniken weiterentwickelt werden.
Darüber hinaus werden Hochtemperaturwerkstoffe hinsichtlich Phasenumwandlungen, Kriech- und Oxidationsverhalten untersucht und neue Legierungsdesigns, etwa für nachhaltige Aluminiumwerkstoffe, erforscht. Die enge Verzahnung zwischen Grundlagenforschung, Simulation und praxisnahen Anwendungen ermöglicht eine durchgängige Bewertung entlang der gesamten Prozesskette vom Werkstoff bis zur Anwendung.
Die einzelnen Forschungsaktivitäten lassen sich entsprechend der jeweiligen Expertisen folgenden Lehrstühlen und Bereichen zuordnen:
Lehrstuhl für Fügetechnik (Prof. Sven Jüttner)
- Verbindungsschweißen von hochfesten Stählen, Ni-Basislegierungen und Leichtmetallen mittels Lichtbogen und Laserstrahl
- generatives Schweißen mittels Lichtbogen (WAAM) auch mit Robotertechnik
- Widerstandsschweißen von hochfesten und hochlegierten Stahlblechen
- Prüfung auf verzögerte Kaltrisse an höchstfesten Stahlwerkstoffen
- mechanisches Fügen und Kleben
- Prozesskette zum Formhärten mit definierter Ofenatmosphäre und Temperaturverlauf, schweißtechnische Verarbeitung formgehärteter Stähle
- thermisches Trennen mittels Plasma- und Laserstrahlschneiden
- Schadensfalluntersuchungen und Beratung für Schweißtechnologien und –anwendungen
- Schweißtechnologie und –metallurgie
- Lichtbogenschweißen von hochfesten und hochlegierten Stählen, Ni-Basiswerkstoffen sowie Leichtmetalllegierungen
- thermomechanische Gefügesimulation mittels Gleeble 3500
- Analyse der Heißrissneigung von Werkstoffen beim Schweißen mittels PVR- und Gleeble-Test
- Bestimmung der Gas- und Elementgehalte (H, N, O, S, C) in Stählen und Nichteisenmetallen
Lehrstuhl für Hochtemperaturwerkstoffe (Prof. Manja Krüger)
- pulvermetallurgische Synthese und mechanisches Legieren von Pulvern, Analyse von Pulvereigenschaften und Sintern in Schutzatmosphäre
- Gefüge-Eigenschafts-Beziehungen von isotropen und anisotropen Hochtemperaturwerkstoffen
- Phasenumwandlungen, Phasengleichgewichte und Strukturaufklärung neuartiger Phasen
- Legierungsentwicklung für biokompatible Werkstoffe auf Refraktärmetallbasis
- mechanische Werkstoffprüfung unter statischer und zyklischer Beanspruchung, auch bei erhöhter Temperatur und unter Schutzgasatmosphäre
- Kriechverhalten von metallischen Hochtemperaturwerkstoffen/ Modellbildung
- Oxidationsverhalten von metallischen und intermetallischen Werkstoffen, z. T. mit Beschichtung
- Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit energie- und wellenlängendispersiver Röntgenspektroskopie (EDX/WDX) und Rückstreuelektronenbeugung (EBSD
Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe (Prof. Thorsten Halle)
- Gefüge-/Eigenschaftsbeziehungen metallischer Werkstoffe
- numerische Simulation von Fertigungsprozessen z. B. Wärmebehandlungen, Zerspanung
- Verarbeitung metallischer Werkstoffe insb. Karosseriewerkstoffe
- Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe, Prozesskettenanalyse
- Werkstoffmodellierung, Modellbildung
- Mikrostruktur- und Schadensanalyse
- mechanisches Verhalten von metallischen Werkstoffen
Lehrstuhl für Nichtmetallische Werkstoffe (Prof. Michael Scheffler)
- anorganisch-nichtmetallische zellulare Werkstoffe für Energietechnik, Umweltkatalyse und Feuerfestanwendungen
- Tauch- und Sprühbeschichtung auf metallischen und keramischen Substraten
- Oxidationsschutz- und Funktionsschichten und Schichtsysteme mit Selbstheilungsfunktion
- thermodynamische Modellierung von Hochtemperaturreaktionen
- computertomographische Werkstoffcharakterisierung
- neuartige Verbundwerkstoffe aus molekularen Vorstufen
- röntgenographische Werkstoffcharakterisierung
- thermische Analyse (Thermogravimetrie, Wärmestrom-Kalorimetrie, Wärmeleitfähigkeit, Dilatometrie)
- Oberflächenspannungs- und Kontaktwinkelermittlung
Bereich für Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (apl. Prof. Gerhard Mook)
- Wirbelstrom-Wanddickenbestimmung von Aluminium
- Anomalien in Zylinderlaufflächenbeschichtungen
- Randschichtprüfung von Aluminiumwerkstoffen
- Anomalien in Triebwerksscheiben aus Titan- und Nickellegierungen
- adaptive Werkstoffsysteme
- Wirbelstromprüfung von CFK
- Wirbelstromprüfsysteme und -verfahren
Forschungsschwerpunkt Fertigungstechnik & QualitätssicherungDie Forschung im Bereich Fertigungstechnik und Qualitätssicherung konzentriert sich auf die Analyse, Gestaltung und Optimierung von Fertigungsprozessen sowie auf die Sicherung und Bewertung von Bauteilqualität. Schwerpunkte sind spanende, abtragende und hybride Fertigungsverfahren für Präzisions- und Mikrofertigung, ergänzt durch moderne Werkzeugmaschinenkonzepte, mechatronische Komponenten und digitale Prozessketten.
Wesentliche Forschungsfelder umfassen die Multiskalen- und Multiphysiksimulation von Fertigungsprozessen, die Entwicklung tribologisch optimierter Oberflächen, die Verzahnungsbearbeitung und -messtechnik sowie datengetriebene Prozessüberwachung im Kontext von Industrie 4.0. Im Bereich der Urformtechnik stehen Gießprozesse, die Auslegung gießtechnischer Prozessketten, die Entwicklung neuer Werkstoff- und Bauteilkonzepte sowie die Simulation von Erstarrungs- und Wärmebehandlungsprozessen im Mittelpunkt.
Durch die Verknüpfung von Simulation, experimenteller Prozessanalyse, digitaler Messtechnik und Qualitätsbewertung entstehen umfassende Ansätze zur Gestaltung ressourceneffizienter, hochpräziser und robuster Fertigungsprozesse, die sowohl für klassische als auch innovative Leichtbau- und Funktionswerkstoffe relevant sind.
Die einzelnen Forschungsaktivitäten lassen sich entsprechend der jeweiligen Expertisen folgenden Lehrstühlen und Laboren zuordnen:
Lehrstuhl für Fertigungstechnik mit Schwerpunkt Trennen (Prof. Matthias Hackert-Oschätzchen)
- Technologien und Prozessketten der Zerspan- und Abtragtechnik für die Präzisions- und Mikrofertigung
- Digitale Fertigung und Industrie 4.0
- Ressourceneffiziente Technologien und Produkte
- Werkzeugmaschinenkomponenten und Werkzeugtechnologien für spanende, abtragende und hybride Fertigungsverfahren
- Prozessbeherrschung durch Simulation unter Anwendung und Verknüpfung unterschiedlicher Längen- und Zeitskalen
- Multiphysiksimulation zur Gestaltung von Oberflächen- und Bauteilfunktionen
- Verzahnungsbearbeitung und –messtechnik
- Fertigungsverfahren für tribologisch belastete Oberflächen
Labor für Urformtechnik (Dr.-Ing. Hanka Becker)
- Metalle und Legierungen, Intermetallische Phasen, Keramik
- Legierungsforschung und -entwicklung
- Urformtechnik metallischer Werkstoffe
- Gießen
- Additive Fertigung
- Recycling von Metallen
- Wärmebehandlung
- Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in Metallen
- Interaktion verschiedener Metalle (Verbunde)
- Interaktion von Metallen und Keramiken
- Interaktion von Metallen und Polymeren
- Charakterisierung von Materialeigenschaften
- Kristallstrukturen, Mikrostrukturen und Gefüge
- Mechanische Eigenschaften
- Beiträge zur Entwicklung analytischer und komplementärer Methoden