IWWT - Institut für Werkstoffe und Werkstofftechnologien
Werkstoffe, die kompetente Kenntnis ihrer Eigenschaften und ihre Verarbeitung zu Bauteilen und Maschinen haben in Pforzheim und der Region Nordschwarzwald eine lange und vor allem fachlich tiefgründige Tradition. Hier kommt das gesamte Werkstoffspektrum zum Einsatz, angefangen bei Polymeren über keramische Werkstoffe bis hin zu einer Vielzahl von metallischen Werkstoffen.
Das Institut für Werkstoffe und Werkstofftechnologien (IWWT) der Hochschule Pforzheim beschäftigt sich in Forschung und Lehre mit der Entwicklung, der Herstellung, dem Aufbau und den Eigenschaften von Werkstoffen. Dabei stehen die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der Werkstoffe, ebenso wie die anwendungsorientierte Prozessoptimierung in der Stanztechnik und Polymerverarbeitung im Focus der Aktivitäten.
Was wir leisten
Die Analyse und Prüfung metallischer oder polymerer Werkstoffe gehören genauso zum Aufgabengebiet wie die Entwicklung und Optimierung von ganz neuen Werkstoffen und/oder Werkstoffkonzepten. Derzeit liegen die Schwerpunkte des drittmittelfinanzierten Instituts an der Hochschule Pforzheim zum Einen im Bereich der Kupferbasislegierungen für Leitanwendungen, zum Anderen im Bereich der offenporigen metallischen Schäume.
Die Entwicklung, Optimierung und Erforschung von Kupferbasislegierungen hat zum Ziel, die beiden gegenläufigen Parameter hohe Festigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit gleichzeitig zu erhöhen. Werkstoffe mit hoher Festigkeit bei gleichzeitig hoher elektrischer Leitfähigkeit werden für vielfältige Anwendungen wie beispielsweise Steckkontakte oder Oberleitungen für elektrische Bahnen benötigt.
Offenporige Metallschäume, welche bundesweit nur an wenigen Orten hergestellt werden, bilden den im Augenblick zweiten Forschungsbereich. Diese noch relativ junge Werkstoffgruppe, die durch ihre offenporige Struktur und insbesondere durch ihre große und dabei sogar noch strukturierbare spezifische Oberfläche zu vielfachen Anwendungen im Bereich der Wärmeübertragung (z.B. Wärmetauscher) führt, kann durch ihre ganz besonderen Eigenschaften auch in der Medizin breitere Anwendung z.B. in der Implantattechnik finden. Diese und weitere Möglichkeiten stehen zurzeit im Fokus von mehreren laufenden und beantragten Forschungsprojekten.
Die Bedeutung durch Spritzgießen hergestellter, leichter, komplexer Bauteile mit einem sehr hohen Anspruch an Oberflächenfinish und hoher mechanischer Stabilität hat einen wichtigen Stellenwert bei der Erstellung von hochwertigen technischen Konsumgütern. Die Bedeutung wird weiterhin zunehmen, da die Anforderungen an das Design die Wertigkeit und die hohen Qualitätsansprüche an das Produkt widerspiegeln.
Um diese Forderungen zu erfüllen, müssen Einschränkungen durch das Fließen des Kunststoffes beim Spritzgießen überwunden werden. Die Gefahr von Fehlstellen, wie zum Beispiel die Bildung von Bindenähten, erhöht sich bei komplexer Geometrie des Bauteiles und je dünner ein Bauteil ist.
Ziel des Vorhabens ist es daher, mit einer Impulserwärmung des Spritzgießwerkzeugs die Fließfähigkeit des Werkstoffes in der entscheidenden Füllphase zu verbessern, ohne die Nachteile bekannter Verfahren des variothermen Temperierens in Kauf nehmen zu müssen. Das Prinzip der variothermen Temperierung ist es, die Werkzeugwand kurzzeitig auf eine Temperatur zwischen Glasübergangs- und Kristallitschmelztemperatur (TG, TKS) des verwendeten Werkstoffes zu erwärmen. Dafür soll ein neues, energieeffizientes und ressourcenschonendes Verfahren und die dazu benötigten Einrichtungen entwickelt werden.
Mit dem Kompetenzfeld „Stanztechnik“ rundet das IWWT sein Portfolio in ein zielgerichtetes anwendungsspezifisches Spektrum ab. Professor Dr. Matthias Golle, der seit 2009 die Stiftungsprofessur Stanztechnik an der Hochschule inne hat, zielt mit seinem aktuellen Forschungsprojekt auf eine deutliche Standzeiterhöhung von Schneidewerkzeugen, die insbesondere bei der Herstellung von Bauteilen auf schnelllaufenden Pressen zum Einsatz kommen.
Arbeitsgebiete
Werkstoff- und Produktkreisläufe
Kompetenzen / Arbeitsgebiet
Die Arbeitsgruppe „Werkstoff- und Produktkreisläufe“ entwickelt kreislaufwirtschaftliche Ansätze und setzt sie in der industriellen Praxis um. Die Anlagen der Arbeitsgruppe umfassen Geräte für die Demontage und mechanische Aufbereitung (Zerkleinerung, Klassierung, Sortierung) von Produkten. Für die Verarbeitung von Thermoplasten stehen Compoundierextruder mit Option zur Flachfilmextrusion, Kolben- und Holimaker-Spritzgußanlagen speziell für Recyclinguntersuchungen mit Polymer-Kleinmengen ab ca. 100 g zur Verfügung, die besonders gut für Verfahrensentwicklungen und orientierende Versuche geeignet sind. Analysengeräte für Polymere (FTIR) und Metalle (XRF und LIBS) runden die technischen Möglichkeiten ab.
Als einzige deutsche Hochschule für angewandte Wissenschaften verfügt die Hochschule Pforzheim in dieser Arbeitsgruppe über eine Laboranlage für elektrodynamische Fragmentierungsuntersuchungen (SelFrag-Elektropulstechnik) von Verbundwerkstoffen.
Die praktischen verfahrens- und werkstofftechnischen Untersuchungen können in enger Abstimmung mit dem Institut für Industrial Ecology (INEC) umweltlich bewertet werden und bilden oft die Grundlagen für die Bestimmung von Product Carbon Footprints (PCF) oder auch Lebenszyklusanalysen (LCA). Darüber hinaus kooperieren die Arbeitsgruppe und das INEC im Bereich der Kreislaufwirtschaft im Gesundheitswesen (siehe https://www.hs-pforzheim.de/forschung/institute/inec/forschungsstellen/kreislaufwirtschaft_im_gesundheitswesen#c425937 ).
Aktuelle Projekte
Aktuelle Arbeiten der Arbeitsgruppe beschäftigen sich vorrangig mit Polymeren, Verbundwerkstoffen oder auch Metallen. Hier werden meist öffentlich geförderte Projekte u. a. zur Anwendung der LIBS-Sortiertechnik für Aluminium-Neuschrotte aus der Automobilproduktion (www.hs-pforzheim.de/kanal) , zur Tiefencharakterisierung von Leichtverpackungen aus Haushalten (www.hs-pforzheim.de/praezisort) oder auch zum Recycling von Rotorblättern von Windenergieanlagen (www.hs-pforzheim.de/rewind) durchgeführt.
Relevanz und Nutzen
Kreislaufwirtschaft ist mehr als nur Recycling: Kreislaufwirtschaftliche Ansätze ermöglichen die Optimierung des gesamten Produktlebenszyklus von der Produktentwicklung bis hin zur Nachnutzungsphase von Produkten und Werkstoffen. Sie sichern den möglichst hohen Werterhalt von Produkten, sichern die Rohstoffversorgung produzierender Unternehmen und ermöglichen klimaschonenendes Wirtschaften. Das Prinzip der Kreislaufwirtschaft hat sich in Jahrmillionen der Erdentwicklung bewährt und ermöglicht nachhaltiges Wirtschaften auch für Industriegesellschaften.
Kurzportrait
Prof. Dr.-Ing. Jörg Woidasky arbeitete über zwanzig Jahre als Forscher und Projektleiter in der Fraunhofer-Gesellschaft und wurde 2012 wurde als Professor für Nachhaltige Produktentwicklung an die Hochschule Pforzheim berufen. Er leitet die IWWT-Arbeitsgruppe „Werkstoff- und Produktkreisläufe“. 2024 gründete er hier die Forschungsstelle „Kreislaufwirtschaft im Gesundheitswesen“. Er ist Studiengangleiter der Studienrichtung „Wirtschaftsingenieurwesen/Circular Economy Engineering“, lehrt in den Studiengängen Wirtschaftsingenieurwesen, Maschinenbau sowie BWL/Ressourceneffizienz und forscht zu Themen der Circular Economy. Er verfügt über eine knapp dreißigjährige Erfahrung bei der Konzeption, Einwerbung und Durchführung öffentlich geförderter Vorhaben zur Kreislaufwirtschaft.
Abtragende Fertigungsverfahren
Kompetenzen / Arbeitsgebiet
Der Hauptfokus der Arbeitsgruppe liegt auf den Verfahren Funkenerosion (engl. Electrical Discharge Machining, EDM) und ElektroChemische Metallbearbeitung (ECM). Die Aktivitäten umfassen sowohl die Fertigungsverfahren selbst als auch die notwendige Systemtechnik (Anlagen, Regelung, Generatoren). Als weiteres Verfahren wird das manuelle und automatisierte „Schaben“ untersucht.
Auswahl der bisherigen Forschungsprojekte, die jeweils in Kooperation mit Industriepartnern durchgeführt wurden:
- Pulsgenerator – Neuartiges, miniaturisiertes Pulsgeneratormodul für Funkenerosionsmaschinen (bis 2026)
- HSE – Hochqualitatives und schnelles erosives Feinbohren in höchster Materialdiversität (bis 2023)
- Gezielte Erzeugung funktionaler Oberflächen mittels Metallschaben (bis 2023)
- AutoScrape - Erstmalige Realisierung eines automatisierten Metallschabprozesses mit innovativem Schabwerkzeug (bis 2021)
- Effizientes Trennen mittels High Speed Wire EDM (bis 2018)
Relevanz und Nutzen
Die Abtragenden Fertigungsverfahren kommen immer dann zum Einsatz, wenn konventionelle (in der Regel spanende) Prozesse an ihre Grenzen stoßen. Sie zeichnen sich in vielen Anwendungsfällen durch hohe Präzision und geometrische Freiheit aus, sind allerdings häufig weniger produktiv als vergleichbare spanende Verfahren.
Die Arbeitsgruppe Abtragende Fertigungsverfahren bietet folgende Leistungen an:
- Analyse von Fertigungsprozessen
- Optimierung von Fertigungsprozessen
- Entwicklung neuer Fertigungsverfahren
- Untersuchung von Dielektrika
Kurzportrait
Prof. Dr. Oßwald ist seit 2011 Professor für Fertigungsverfahren an der Fakultät für Technik der Hochschule Pforzheim. Zuvor war er in mehreren Funktionen im Sondermaschinenbau der Robert Bosch GmbH tätig. Er hat Maschinenbau mit den Schwerpunkten Produktionstechnik sowie Mikrosystemtechnik an der RWTH Aachen studiert und wurde an der TU Kaiserslautern promoviert. An der Hochschule Pforzheim hat er sich – neben vielen anderem mit den Fertigungs–verfahren High Speed Wire EDM (HSWEDM), Draht-ECM sowie dem automatisierten Schaben beschäftigt.
Innovative und additive Fertigung
Kompetenzen / Arbeitsgebiet
Die Expertise liegt in der metallischen Additiven Fertigung mit einem besonderen Schwerpunkt auf der Prozess- und Werkstoffentwicklung. Ein zentrales Kompetenzfeld ist die Weiterentwicklung sinterbasierter Verfahren, bei denen Pulvermetallurgie mit innovativen Fertigungstechnologien kombiniert wird, um komplexe Bauteile effizient und ressourcenschonend herzustellen.
Ergänzt wird dieses Know-how durch umfassende Kompetenzen in der Gestaltung und Optimierung der digitalen Prozesskette – von der Bauteilgestaltung über die Simulation bis hin zur Nachbearbeitung und entsprechender Automatisierung von Prozessen. Ziel ist die Etablierung reproduzierbarer und industriell einsetzbarer Fertigungsprozesse, die den Anforderungen moderner Produktion gerecht werden.
Relevanz und Nutzen
Die industrielle Produktion befindet sich im Wandel: Zunehmende Individualisierung, sinkende Stückzahlen und eine steigende Variantenvielfalt stellen konventionelle Fertigungsprozesse vor große Herausforderungen. Um auch unter diesen neuen Randbedingungen wirtschaftlich produzieren zu können, sind innovative Fertigungsstrategien gefragt.
(falls noch Platz ist: Die additive Fertigung bietet hier entscheidende Vorteile. Durch ihre hohe Flexibilität, werkzeuglose Produktion und digitale Prozesskette ermöglicht sie die wirtschaftliche Herstellung komplexer und individualisierter Bauteile – selbst in kleinen Losgrößen. Damit wird sie zu einem zentralen Baustein für die Fertigung von morgen.)
