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Profilbereich "Nachhaltige Werkstoffe, Prozesse und Produkte"

Foto: Universität Paderborn, Maren Vahrenhorst

Profilbereich "Nachhaltige Werkstoffe, Prozesse und Produkte"

Klimaschutz und Ressourcenschonung ist eine zentrale Aufgabe unserer Gesellschaft. Die Natur- und Ingenieurwissenschaften können ihren Beitrag dazu leisten, in dem sie an Lösungen für nachhaltige aus neuen Materialien (Metalle, Polymere und die kombinierten Hybride), an materialspezifischen Konstruktions-, Füge- und Fertigungsverfahren, spezifischen Produktions- und Simulationsprozessen oder im Bereich nachhaltiger Energieversorgung arbeiten. 

Um diese enorme Forschungsbreite abzudecken, bündelt die Universität Paderborn mit dem Profilbereich "Nachhaltige Werkstoffe, Prozesse und Produkte" interdisziplinäre Forschung aus dem Maschinenbau, den Naturwissenschaften und de Elektrotechnik.

Schlüsseltechnologie Leichtbau

In der Schlüsseltechnologie Leichtbau steckt ein großes Potential zur Ressourceneinsparung, insbesondere durch die Kombination moderner (Produktions-)Techniken mit hoher Funktionalität.

Am ILH (Institut für Leichtbau mit Hybridsystemen) und am PIAF (Paderborner Institut für Additive Fertigung) adressieren fakultätsübergreifende Projektteams Forschungsfragen zu diesem vielschichtigen Thema.

Schlüsseltechnologie Additive Fertigung

Die additive Fertigung ist eine Schlüssel-technologie, welche die Evolution durch Industrie 4.0 unmittelbar in die Anwendung bringen kann. Durch konstruktive Freiheiten ermöglicht sie die Realisierung individualisierter, ressourceneffizienter und funktions-optimierter Leichtbaustrukturen.

Am PIAF und am DMRC forschen fakultätsübergreifende Projektteams zusammen mit der Industrie an dem Ziel, die Additiven Fertigungsverfahren als robusten industriellen Produktionsprozess zu etablieren.

Schlüsseltechnologie Nachhaltige Energietechnik

Die Transformation des Energiesystems hin zu einer nachhaltigen und durch erneuerbare Energien geprägten Versorgung mit Strom, Wärme und Mobilität ist eine zentrale gesellschaftliche Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Dabei sollen bestehende Energiesysteme global so umgebaut werden, dass sie in Zukunft ohne fossile und nukleare Energieträger auskommen und die Menschheit zuverlässig mit kostengünstiger, nachhaltiger Energie versorgen.

Das KET leistet dazu durch seine Forschung in den Bereichen nachhaltiger Mobilitätskonzepte, Smart Grids, Energieeffizienz sowie Luftreinhaltung und Ressourcenschonung seinen Beitrag.

Anwendungsorientierte- und Grundlagenforschung vereint

Anwendungsorientierte Forschung wird in bewährten Partnerschaften aus Wissenschaft und Industrie vorangetrieben und ergänzt exzellente Grundlagenforschung, die beispielsweise auf dem Gebiet der Methoden- oder Materialentwicklung durchgeführt wird. Dabei wird auch in langfristig angelegten Projekten im überregionalen und internationalem Verbund geforscht.

Die Forschenden nutzen dabei in Paderborn die moderne Infrastruktur des ILH und PIAF/DMRC und sind in ein umfangreiches Forschungsnetzwerk eingebunden.

Interdisziplinäre Forschungseinrichtungen

Ziel des ILH ist es, Leichtbau ganzheitlich zu betrachten und Fragen zum gesamten Lebenszyklus eines Bauteils zu erfassen. Hervorragende Expertisen der additiven Fertigung als besonderes Fertigungsverfahren mit hohem Leichtbaupotential werden im PIAF und im DMRC (Direct Manufacturing Research Center) gebündelt. Am Kompetenzzentrum für Nachhaltige Energietechnik (KET) werden Ansätze und Methoden entwickelt, welche eine nachhaltige Energieversorgung der Sektoren Strom, Wärme, Industrie und Verkehr zum Ziel haben.

Interdisziplinäre Forschungseinrichtungen

Institut für Leichtbau mit Hybridsystemen (ILH)

Das ILH ist eine zentrale wissenschaftliche Einrichtung der Universität Paderborn. Hier werden gezielt die Expertisen von elf Gruppen aus den Fachdisziplinen Maschinenbau, Chemie und Physik gebündelt, um neue Hybridsysteme aus verschiedenartigen Materialien zu entwickeln und erforschen. Durch anwendungsorientierte Forschung entstehen innovative Leichtbaukonzepte. Prototypen und Demonstratoren werden zusammen mit Industrie entwickelt und sichern die Realisierbarkeit ab. Die Grundlagenforschung beschäftigt sich mit der skalenübergreifenden Entwicklung von Methoden und Materialien.

In hybriden Multimatrialsystemen werden leistungsfähige Materialien wie z. B. ultrahochfeste Stähle mit Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden (CFK) intelligent kombiniert. Voraussetzung für die Entwicklung derartiger Werkstoffverbindungen ist die Analyse von Materialeigenschaften und -Grenzflächen sowie die Betrachtung der Fertigungsprozesse mit neuen Materialstrukturen. Dafür steht im ILH ein breit aufgestelltes Team von Forscher*innen und eine moderne Infrastruktur bereit.

Mehr Informationen finden Sie auf den Seiten des Instituts: https://ilh.uni-paderborn.de/

Paderborner Institut für Additive Fertigung (PIAF)

Das PIAF ist eine zentrale wissenschaftliche Einrichtung der Universität Paderborn, in der die Fachbereiche Maschinenbau, Chemie und Informatik ihre Kompetenzen interdisziplinär bündeln. Das Ziel des Paderborner Institut für Additive Fertigung ist es, die additiven Fertigungsverfahren als robuste industrielle Fertigungsverfahren zu etablieren. Im Fokus stehen dabei branchenübergreifend wirtschafts- und gesellschaftsformende Innovationen, die erst durch transdisziplinäre Forschung möglich werden. Die Forschung des PIAF zielt daher auf die kontinuierliche Entstehung von Innovationen durch Software in Dienstleistungen oder Produkten aber auch auf neue verfahrenstechnische Lösungen in der Entwicklung oder Analyse von hochgradig vernetzten Produktionssystemen ab. Die Aufgaben des Paderborner Instituts für Additive Fertigung bestehen in der fakultäts- und disziplinübergreifenden Forschung, dem Wissens- und Technologietransfer, der Qualifizierung des wissenschaftlichen Nachwuchses sowie der Einbringung von Forschungsergebnissen in die universitäre Lehre und wissenschaftliche Weiterbildung auf dem Gebiet der additiven Fertigungsverfahren.

Das PIAF ist aus dem Industrieverbund des DMRC (Direct Manufacturing Research Center) gewachsen und bildet den universitären Gegenpart zum DMRC als Industriekonsortium. Gemeinsam wird der industrielle Transfer der Forschungsergebnisse gewährleistet. Entlang der kompletten additiven Prozesskette arbeitet im PIAF / DMRC ein breit aufgestelltes Team von Forscher*innen an einer modernen Infrastruktur. Diese ist insbesondere im Bereich der additiven Produktionsanlagen auf dem neuesten Stand der Technik.

Mehr Informationen finden Sie unter: www.dmrc.de

Direct Manufacturing Research Center (DMRC)

The DMRC is a multi-stakeholder organization. Its organizational and contentual setup can be derived from the picture above. The DMRC is founded on five contentual pillars, Laser Sintering, Laser Melting, Fused Deposition Modeling, Construction and Business. Its obvious: we pay attention to the entire process from thinking ahead products of tomorrow to laying the foundations for their manufacturing. In doing so we work close to the technology and to business. From a research perspective, we support the contentual pillars by twelve chairs. Each chair conducts research projects within one or more of these pillars – the crosses in the illustration show the main activities of each chair.

1) Research, Innovation, Education

2) DMRC (großes Netzwerk, auf einander aufbauende Jahresprojekte mit den Industriepartnern, Technologie Unterstützende Forschung)

Kompetenzzentrum für Nachhaltige Energietechnik (KET)

Das Kompetenzzentrum für Nachhaltige Energietechnik (KET) wurde im Januar 2012 als eine Zentrale Wissenschaftliche Einrichtung der Universität Paderborn gegründet. Die Aufgaben des KET sind Forschung, Lehre und Technologietransfer auf dem Gebiet der umweltfreundlichen und innovativen Energieerzeugung, Wandlung und Nutzung.

Die Ausrichtung und Kompetenzen der im KET kooperierenden fünf Fachgebiete und Lehrstühle der Elektrotechnik und des Maschinenbaus ermöglichen die interdisziplinäre Entwicklung fachübergreifender Lösungen energietechnischer Herausforderungen aus einer Hand.

Als Schnittstelle zwischen Industrie und universitären Forschungseinrichtungen richtet sich das KET an institutionelle und industrielle Anwender und bietet umfassende Kooperationsmöglichkeiten durch Beratung, Entwicklung, Simulation und Umsetzung im Bereich moderner Energietechnik.

Auf der Grundlage des Wissens und der Erfahrung der am KET beteiligten Partner stehen aktuelle Erkenntnisse aus dem Bereich innovativer Energietechnik zur Verfügung.

Mehr Informationen finden Sie auf den Seiten des Instituts: https://ket.uni-paderborn.de/

Ausgewählte Projekte des Profilbereichs

TRR 285 - Methodenentwicklung zur mechanischen Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten

Sprecher: Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, Werkstoff- und Fügetechnik

Geschäftsführer: Dr.-Ing. Mathias Bobbert, Werkstoff- und Fügetechnik

Optimierungsbasierte Entwicklung von Hybridwerkstoffen - HyOpt

Optimierungsbasierte Entwicklung von Hybridwerkstoffen

Ziel von „HyOpt“ ist es, den anforderungsgerechten Leichtbau mit verschiedenartigen Werkstoffen voranzutreiben. Dafür entwickeln die WissenschaftlerInnen eine Toolbox, die dem Design neuer Hybridwerkstoffe dient. Diese besteht aus einer Softwarelösung sowie aus smarten und anpassungsfähigen Fertigungsprozessen, die für die Herstellung der Werkstoffe notwendig sind. Letztlich wird damit auch die Weiterverarbeitung zu Leichtbaukomponenten ermöglicht. Das Vorhaben, das ein Volumen von rund zwei Millionen Euro hat, wird bis April 2022 vom Land NRW und der EU aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Ansprechpartner:

Steffen Tinkloh, ILH / Leichtbau im Automobil

NRW Forschungskolleg "Leicht – Effizient – Mobil" - FK LEM

Bereits 2014 konnte das ILH das vom Land Nordrhein-Westfalen geförderte, interdisziplinär zusammengesetzte Forschungskolleg zum Thema Leichtbau erfolgreich beantragen. Im FK LEM arbeiten Forscherinnen und Forscher aus Maschinenbau, Naturwissenschaften und Soziologie zusammen. Es wird aber nicht nur interdisziplinär, sondern auch transdisziplinär kollaboriert. Das Forschungskolleg ist gekennzeichnet durch die Zusammenarbeit der Promovenden mit Akteuren aus Wirtschaft und Zivilgesellschaft. Auf diese Weise wird praxixbezogenes Wissen mit Wissenschaft verknüpft.

Die erste viereinhalbjährige Förderphase wurde positiv evaluiert und verlängert. Die zweite Förderphase des FK LEM zeichnet sich durch eine Kooperation mit dem neuen Fachbereich Technik & Diversity (TD) aus. TD erschließt Forschungszugänge mit Methoden der empirischen Sozialforschung. Somit erfolgt im Rahmen dieses Promotionsprogrammes über die technisch, naturwissenschaftliche Qualifikation der Doktorand*innen hinaus, eine Kompetenzerweiterung hinsichtlich Technik- und Nachhaltigkeitsforschung.

Ansprechpartnerin / Koordinatorin:

Swetlana Schweizer, FK LEM / Leichtbau im Automobil

Impfen von Aluminiumpulver-Oberflächen für die additive Fertigung, unterstützt durch dynamische Differenzkalorimetrie

Teilprojekt im SPP 2122: Neue Materialien für die laserbasierte additive Fertigung

Prof. Dr.-Ing. Guido Grundmeier, Technische und Makromolekulare Chemie

Prof. Dr.-Ing. Mirko Schaper, Lehrstuhl für Werkstoffkunde

Intrinsische Herstellung hybrider Strukturkomponenten in einem modifizierten RTM-Prozess

Teilprojekt im SPP 1712:  Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen - Grundlage der Fertigung, Charakterisierung und Auslegung

Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken, Lehrstuhl für Technische Mechanik

Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik

Prof. Dr.-Ing. Mirko Schaper, Lehrstuhl für Werkstoffkunde

Prof. Dr. rer. nat. Thomas Tröster, Leichtbau im Automobil

Industrial Additive Manufacturing in North-Rhine Westphalia

EFRE 2014-2020

Prof. Dr.-Ing. Mirko Schaper, Lehrstuhl für Werkstoffkunde

Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid, Lehrstuhl für Partikelverfahrenstechnik

Prof. Dr.-Ing. Volker Schöppner, Kunststofftechnik Paderborn, Kunststoffverarbeitung

Microgrid-Labor

Unter der Leitung des Fachgebiets Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik (LEA) entwickelt das KET die Infrastruktur, mit der das gekoppelte Verhalten von z. B. Batteriespeichern, Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen oder Blockheizkraftwerken im Labor machgebildet werden kann. Mit dem Microgrid-Labor (μG-Lab) in Paderborn wird eine Plattform für zukünftige Forschungs- und Entwicklungsprojekte geschaffen, um neue innovative Konzepte unter realistischen Bedingungen zu testen und zu verifizieren.

PV-2-Heat to Mongolia

Ziel des Projektes, das gemeinsam von deutschen sowie mongolischen Partner verfolgt wird, ist die Entwicklung eines für die harschen Bedingungen der Mongolei geeigneten Heizsystems, das regenerativ mittels Photovoltaik (PV) erzeugte Energie in Wärme (H) umwandelt und speichert.

RENBuild

Im Rahmen des Projektes RENBuild wird ein innovatives Gesamtkonzept zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft entwickelt und im realen Einsatz evaluiert. Im Fokus steht dabei eine möglichst umfassende und effiziente Nutzung zur Verfügung stehender regenerativer Umweltenergie und die Verknüpfung mit LowEx-Systemen zur Gebäudekühlung, Heizung und Lüftung. Ziel ist es, ein Gewerke übergreifendes Gesamtsystem zu entwickeln, dessen optimierte Komponenten eine möglichst hohe Energieeffizienz bei gleichzeitiger Nutzung regenerativer Energien erlauben.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Thomas Tröster

Profilbereich Nachhaltige Werkstoffe, Prozesse und Produkte

Vorsitzender des Instituts für Leichtbau mit Hybridsystemen (ILH)

Thomas Tröster
Telefon:
+49 5251 60-5331
Fax:
+49 5251 60-5333
Büro:
Y2.116

Prof. Dr. Hans-Joachim Schmid

Profilbereich Nachhaltige Werkstoffe, Prozesse und Produkte

Vorsitzender des Paderborner Instituts für Additive Forschung (PIAF)

Hans-Joachim Schmid
Telefon:
+49 5251 60-2404
Telefon:
05251 60 2410
Fax:
+49 5251 60-3207
Büro:
E3.319
Web:

Prof. Dr.-Ing. Eugeny Kenig

Profilbereich Nachhaltige Werkstoffe, Prozesse und Produkte

Vorstandsvorsitzender des Kompetenzzentrums für Nachhaltige Energietechnik (KET)

Eugeny Kenig
Telefon:
+49 5251 60-2408
Fax:
+49 5251 60-2183
Büro:
E3.354
Web:

Allgemeine Informationen zu den beteiligten Fachdisziplinen finden Sie auf den entsprechenden Webseiten:

Maschinenbau     Chemie

Physik     Elektrotechnik

Teil eines Netzwerkes zu sein bietet viele Vorteile und eröffnet neue Perspektiven. Technologietransfer und Industriekooperationen haben an der Universität Paderborn einen hohen Stellenwert. Im ILH und im PIAF bestehen langjährige Kontakte zu Unternehmen verschiedener Größen, regional und überregional.

ILH Partner aus Forschung und Industrie

Industriepartner des DMRC

Kooperationspartner des KET

Die Universität der Informationsgesellschaft