THU-Professor Michael
Kaufeld hat den diesjährigen Wissenschaftspreis der Stadt Ulm verliehen
bekommen. Der Experte für Leichtbau und Zerspanungstechnologie
lehrt und forscht an der Fakultät Mechatronik und Medizintechnik. Den mit insgesamt 15 000 Euro dotierten
Preis teilt sich der Preisträger der THU wie üblich mit einer/m
Wissenschaftler/in der Universität Ulm, in diesem Jahr Physikerin Dr.
Sandra Lang. Überreicht wurde die Auszeichnung von Oberbürgermeister
Gunter Czisch im Rahmen der Feierlichkeiten zum Schwörmontag.
Als Professor an der Technischen Hochschule Ulm hat Dr. Michael Kaufeld seit 1995 sein Forschungsgebiet in der Fertigungstechnik. Dort arbeitet er an der Bearbeitungsoptimierung von metallischen und faserverstärkten Leichtbauwerkstoffen mit besonderem Fokus auf die Zerspanungstechnologie und der hierzu notwendigen Bearbeitungsmaschinen.
Gerade der Leichtbau mit seinen typischen Werkstoffen wie Aluminium-Legierungen (vorwiegend in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbau eingesetzt) als auch den „modernen“ faserverstärkten Kunststoffen aus beispielsweise Carbonfasern (CFK = kohlefaserverstärkter Kunststoff) ist eine Schlüsseltechnologie für die energiesparende Mobilität. Gilt es doch, die bewegten Massen deutlich zu senken und dennoch so hohe Festigkeiten zu ermöglichen, dass alle Sicherheitsanforderungen an die Produkte mindestens eingehalten wenn nicht sogar verbessert werden. Insbesondere auf diese relativ neuen „Faserwerkstoffe“ setzen die Entwickler von neuen Flugzeugen zur Vergrößerung der Reichweite oder von Fahrzeugen, um die mit schweren Batterien betriebenen Autos leichter zu bekommen. Aber auch die Medizintechnik, speziell in der medizinischen Orthetik oder auch die Sportartikelindustrie für Produkte wie Fahrräder, Ski oder Tennisschläger nutzen die neuen Möglichkeiten, die ein Design mit Fasern erschließen.
Im Gegensatz zu den Metallen mit vergleichsweise homogenen Strukturen sind faserverstärkte Kunststoffe extrem inhomogen, das Material hat einen geschichteten Aufbau aus hochfesten Carbonfasern und einer Kunststoffmatrix. Gerade dies kann die Bearbeitung von Werkstücken deutlich schwieriger gestalten. Die Fasern wirken sehr stark verschleißend auf die Werkzeuge. Außerdem kann die Kunststoffmatrix bei falschen Bearbeitungsparametern die Werkzeuge verkleben. Weiterhin ergeben sich ganz andere Qualitätsanforderungen an die bearbeiteten CFK-Werkstücke, da bei der Bearbeitung die Gefahr des „Ausfransens“ der Kanten und des „Aufbrechens“ der Schichten (Delamination) besteht. Beides ist für die Werkstücke nicht gewünscht, reduziert dies doch signifikant deren mögliche Belastbarkeit. Genau dies stellt für die Zerspanungsbetriebe, die viel Erfahrung in der Bearbeitung von Metallen haben, eine der Herausforderung durch diese neuen Werkstoffe dar.
Insbesondere im Bereich dieser kohlefaserverstärkten Kunststoffe (CFK) hat sich Prof. Kaufeld jüngst mit Forschungsaktivitäten zum Einfluss von Zerspanungswerkzeugen und deren Verschleiß auf die Schädigungsentstehung in CFK verdient gemacht. So war als eine der wesentlichen Fragestellungen zu klären, wie sich die Werkzeuggeometrie und die Bearbeitungsparameter beim Bohren und Fräsen auf die Schädigungsphänomene auswirken. Dabei war auch zu untersuchen, welcher Einfluss der Schichtaufbau und die Stabilität des CFK-Werkstücks hat. Nicht nur die klassische Zerspanung war dabei von Bedeutung, sondern es wurde auch die eher etwas unbekanntere Technologie des Wasserstrahlschneidens eingesetzt. Hier wird der Werkstoff mit einem Wasserdruck bis zu 4000 bar geschnitten. Zusammen mit Forschungskollegen der Hochschulen Aalen und Mannheim und Industriepartnern hat er einen bemerkenswerten Beitrag zum erfolgreichen und zuverlässigen Einsatz dieses Leichtbauwerkstoffs geleistet.
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt aus dem Bereich der Fertigungstechnik stellt die Optimierung von Bearbeitungsprozessen, Werkzeugmaschinen sowie von Maschinen- und Prozessüberwachung dar. Hier hat Herr Kaufeld u.a. innovative Methoden zur Zustandsüberwachung von Hauptspindeln und Vorschubachsen entwickelt. Dies stellt eine wichtige Vorarbeit für die angestrebte Digitalisierung und Automatisierung in der Produktion dar. Diese von Prof. Michael Kaufeld stark anwendungsorientiert geprägte Forschung liefert den industriellen Partnern einen deutlichen Wettbewerbsvorsprung. Für die metallverarbeitende Industrie und die Hersteller von metallverarbeitenden Maschinen der Region ist seine Arbeit eine wesentliche Unterstützung.
Zur Person
Michael Kaufeld absolvierte das Studium des allgemeinen Maschinenbaus an der Technischen Hochschule Darmstadt und wurde dort mit einer Arbeit zum Hochgeschwindigkeitsfräsen von dünnwandigen Werkstücken aus Leichtmetallguss 1987 promoviert. Nach Tätigkeiten im Maschinenbau und der Leitung des Fertigungssegments Zerspanung bei der Daimler Benz Aerospace AG (Werk Augsburg) wurde er 1995 an die Technische Hochschule Ulm berufen. An der Fakultät Mechatronik und Medizintechnik vertritt er die Lehrgebiete Mechanische Fertigungstechnik, Qualitätstechnik sowie Reverse Engineering & Additive Manufacturing. Aus diesen Lehrgebieten resultieren seine Forschungsaktivitäten im Institut für Fertigungstechnik und Werkstoffprüfung der THU.
