Was heir wie ein rechen aussieht, ist Teil eines sogenannten Z- Aktors, eines Steuerelements, das einmal in einem Rastertunnelmikroskop verwendet werden soll
Doch das Bild ändert sich sehr schnell, wenn man objektive Maßstäbe anlegt: Wer ausrechnet, auf wieviele Studenten jeweils ein SFB kommt, erlebt eine Überraschung. Da landet die LMU mit ihren 58.500 Studenten, bei der Anzahl der SFBs noch Spitzenreiter, plötzlich abgeschlagen auf Platz 24, die TU München erreicht immerhin noch Platz 14, TU, FU und HU Berlin müssen sich mit den Plätzen 36, 37 und 43 begnügen. Einzig die Stuttgarter können sich noch auf Platz 6 behaupten. Auf den Plätzen 1 bis 5 hingegen: Die TU Clausthal-Zellerfeld, die TU Hamburg-Harburg, die Uni Konstanz, die TU Chemnitz-Zwickau (als einzige ostdeutsche Hochschule) und die Medizinische Hochschule Lübeck. Diese Unis sind es also, die in der Forschung wirklich an der Spitze stehen, und nicht die sonst oft genannten, die lediglich durch ihre Größe mehr auffallen.
Ballett der Spiegel und Sensoren
Was haben denn die Chemnitzer Wissenschaftler bisher in ihren SFBs erforscht? Am längsten, nämlich seit dem 1. Januar 1995, gibt es den SFB 379 "Mikromechanische Sensor- und Aktorarrays". Sprecher des SFB ist Prof. Thomas Geßner, der außerdem auch noch dem Zentrum für Mikrotechnologien (ZfM) vorsteht. Etwa sechs Millionen Mark wurden dem SFB, in dem neben Elektrotechnikern auch Physiker und Maschinenbauer mitarbeiten, bis Ende 1997 bewilligt. Das hat sich gelohnt: Ein Mikrospiegel für das künftige Laserfernsehen, ein verbessertes Verfahren für die Rastertunnelmikroskopie und eine neuartige Ultraschallsensor-Anordnung zur Analyse strömender Flüssigkeiten sind nur einige der Entwicklungen der letzten Jahre. Zur Zeit arbeiten die Forscher daran, Mikro-Sensoren und -Aktoren, also kleinste mechanische Bauelemente, mit der Steuerelektronik auf einem einzigen Chip zu vereinen. Erste Prototypen liegen bereits vor. Bei diesen sogenannten SCREAMs (Single Crystal Reactive Etching And Metallization) haben die Chemnitzer Forscher gemeinsam mit ihren Kollegen von der Cornell University weltweit die Nase vorn. Zu dieser renommierten Uni in Ithaca im amerikanischen Bundesstaat New York bestehen auch sonst vielfältige Kontakte. Der SFB sichert die Stellen von 19 wissenschaftlichen Mitarbeitern der Uni. Daneben beschäftigt er auch noch an die 25 studentische Hilfskräfte, die so die einmalige Gelegenheit haben, noch während des Studiums praktische Erfahrungen in der Forschung zu sammeln. Der Nachfolgeantrag für die Jahre 1998-2000 ist zur Zeit in Arbeit. Aufgrund ihrer bisherigen Erfolge hoffen die Chemnitzer Wissenschaftler, daß es ihnen gelingt, den Umfang der finanziellen Förderung zu erweitern.
Hammerharte Umformkünstler
Seit dem 1. Juli 1995 existiert der SFB 283 "Prozeßketten der Massivumformung". Mehr als 8,6 Millionen Mark hat die DFG hierfür bis zum Nachfolgeantrag Mitte 1998 bewilligt. 12 Hochschullehrer aus dem Maschinenbau arbeiten gemeinsam mit Wissenschaftlern des ebenfalls in Chemnitz ansässigen Fraunhofer-Instituts für Werkzeugma- schinen und Umformtechnik an insgesamt 12 Teilprojekten in vier Projektbereichen.
Prof. Holger Dürr (r.) Sprecher des SFB 283, und Dipl. Ing. Dirk Klug am Versuchsstand für hydraulische Antriebe
Sprecher des SFB ist Prof. Holger Dürr vom Lehrstuhl Fertigungslehre. Die Forscher sind dabei, herauszufinden, wie sich Teile aus Metall kostengünstiger und gleichzeitig umweltverträglicher umformen lassen. Dazu konstruieren sie zunächst eine neuartige, bisher nicht auf dem Markt erhältliche Maschine. Hergestellt werden sollen unter anderem Hohlwellen, etwa für Autogetriebe. Eine große deutsche Getriebefirma hat sich denn auch schon nach den ersten Ergebnissen erkundigt. Mit dem neuen Umformverfahren lassen sich in einem einzigen Arbeitsschritt Teile herstellen, die zehnmal so lang sind wie das Rohteil. Zudem müssen die Fertigteile nicht nachgearbeitet werden, da sie bereits einbaufertig sind. Einfach ist das nicht: eine derart große Formänderung erfordert, daß die Werkstoffe zuvor unter völlig neuen Gesichtspunkten untersucht werden. Die Forscher suchen dabei unter anderem nach hochbelastbaren und gleichzeitig umweltfreundlichen Stoffen, mit denen der Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück beschichtet und geschmiert werden kann. Außerdem wollen die Chemnitzer Maschinenbauer die einzelnen Bearbeitungsschritte - die namengebenden "Prozeßketten" im Titel des Sonderforschungsbereichs - vom Halbzeug bis zum Fertigteil optimieren und sie so gleichzeitig präziser, billiger und umweltfreundlicher machen. Neben den Professoren sind an dem Projekt rund 20 wissenschaftliche Mitarbeiter beteiligt. Daneben finanzieren sich etwa 20 studentische Hilfskräfte so ihr Studium - in Chemnitz ist es generell üblich, daß die "Hiwis" nicht als Tafelabwischer oder Diaschieber für Professoren "mißbraucht" werden, wie es andernorts immer noch häufig der Fall ist. Klar, daß die praxiserfahrenen Chemnitzer Absolventen dann auch auf dem Arbeitsmarkt gute Chancen haben; manche werden aus dem Hörsaal weg engagiert. Und der jetzt in Entwicklung befindliche Prototyp der Umformmaschine "wird der Chemnitzer Uni außerdem jede Menge weiterer Patente und Lizenzgebühren einbringen", ist der Geschäftsführer des SFB, Dr. Klaus Schuricht, überzeugt.
Lotsen im Meer der Illusionen
Am jüngsten ist der SFB 393 "Numerische Simulation auf massiv parallelen Rechnern" - ihn gibt es erst seit dem 1. Januar 1996. Er ist fachübergreifend angelegt: Hier arbeiten Mathematiker (5 Projekte) mit Physikern (4 Pr.), Maschinenbauern (2 Pr.) und Informatikern (1 Pr.) zusammen. Alle Projekte gruppieren sich um den schnellsten Computer an einer ostdeutschen Hochschule, einen sogenannten Parallelrechner vom Typ Parsytec GC128 PowerPlus. Der nämlich besitzt 128 Prozessoren, mit denen er gleichzeitig Berechnungen anstellen kann, statt -wie bei einem herkömmlichen Personal-Computer, nacheinander. Das verkürzt die Rechenzeit ganz erheblich. Dazu müssen die Rechnungen jedoch zuvor so aufbereitet werden, daß sie überhaupt gleichzeitig abgearbeitet werden können. Kernstück der Arbeit der Forscher ist daher die Entwicklung von neuen Höchstleistungs-Rechenverfahren, mit denen komplizierte Vorgänge nachgeahmt, "simuliert", werden. Das ist der DFG etwa 4,5 Millionen Mark für die ersten drei Jahre bis Ende 1998 wert. Neben acht Professoren sind zehn wissenschaftliche Mitarbeiter und bis zu 20 studentische Hilfskräfte an den Projekten beteiligt.
Komplizierte mathematische Formeln: Dr. Michael Jung, Prof. Arnd Meyer, Dr. Thomas Apel und Dr. Matthias Pester (v.l.n.r.) vom SFB 393 diskutieren die Ergebnisse ihrer Forschungen
Berechnen lassen sich nach den Chemnitzer Verfahren etwa die Ausbreitung eines Feuers (wie in einem Projekt mit dem Feuerwehr-Institut Sachsen-Anhalt), das Verhalten von Molekülverbänden in neuen, glasartigen Stoffen oder die Eigenschaften besserer Materialien für den Autobau. Solche Simulationen sind erheblich billiger als das Durchführen "richtiger" Versuche. Dennoch läßt sich so etwa voraussagen, wie sich der Rauch oder die Temperatur bei einem Brand ausbreiten. Am Rechner läßt sich dann "ausprobieren", wie man am besten löscht, ob mit Wasser oder mit Schaum, ob mit oder ohne Zugabe von Stickstoff. International beachtet wurde in Fachkreisen auch, daß es den Chemnitzern gelang, parallele Rechenverfahren, die bisher nur für zwei Dimensionen handhabbar waren, auf die dritte Dimension zu übertragen, "denn schließlich ist der Raum nun einmal dreidimensional", so Mathe-Professor Arnd Meyer, der Sprecher des SFB. Dazu müssen freilich Gleichungen mit mehreren Millionen Unbekannten gelöst werden. Selbst ein Rechner wie der GC128 PowerPlus - er stammt übrigens von der einzigen deutschen Supercomputer-Firma, und die betreibt ihre Ost-Filiale, wo auch sonst, in Chemnitz - stößt da schnell an seine Grenzen. Und da beim heutigen Entwicklungstempo auch die besten Computer schon nach fünf bis zehn Jahren hoffnungslos veraltet sind, denkt man bereits über einen neuen, noch leistungsfähigeren Rechner nach. Streng achtet man darauf, daß die in Chemnitz entwickelten Rechenverfahren - Fachwort: Algorithmen - auch auf Rechnern anderer Fabrikate laufen und probiert dies regelmäßig aus. Das führt dann auch dazu, daß an anderen Unis Rechner nach den Chemnitzer Verfahren arbeiten. Die Anwendung der "Finiten-Elemente-Methode" für Parallelcomputer läßt sich dabei bis in DDR-Zeiten zurückverfolgen: schon die damaligen Karl-Marx-Städter Uni-Leute waren Spitze, wenn es ums Rechnen ging. Und so ist es geblieben - "sogar die Leute von der Dresdner TU benutzen unser Know-how", so Meyer mit einem kleinen Seitenhieb auf die Wettbewerber aus der Landeshauptstadt, die von den geplanten Kürzungen an der Chemnitzer Uni, sollten sie denn tatsächlich kommen, am meisten profitieren.
Top Ten der deutschen Unis, gemessen an der Anzahl der Studenten pro SFB:
| 1. | TU Clausthal-Zellerfeld | 1067 | |
|---|---|---|---|
| 2. | TU Hamburg-Harburg | 1133 | |
| 3. | Uni Konstanz | 1500 | |
| 4. | TU Chemnitz-Zwickau | 1600 | |
| 5. | MedH Lübeck | 1700 | |
| 6. | Uni Stuttgart | 1717 | |
| 7. | TU Freiberg | 2000 | |
| 8. | Uni Karlsruhe | 2337 | |
| 9. | Uni Marburg | 2486 | |
| 10. | Uni Magdeburg | 2750 |
Stand: 1. Januar 1996
Belastungsrahmen mit 4 Punkt- Biegeprobe (Pfeil). Die Meßschnüre führen von den Dehnungsmeßstreifen zu einer Auswerteelektronik
(HJG) Die Verarbeitung von Metallen - was soll daran schon interessant sein? Leben wir nicht längst im Informationszeitalter, sind nicht in Wirklichkeit Computer und Gentechnik angesagt? Doch der Eindruck täuscht, noch immer bestimmen Eisen und Aluminium, Blei und Kupfer unsere Welt. Das beweist jede Lokomotive, jede Brücke, jedes Auto und jedes Stahlbetonhochhaus. Und auch die Forschung ist bei den Metallen längst nicht am Ende - noch immer gibt es Fragen, die geklärt werden müssen. Doch welcher Verbraucher macht sich schon Gedanken, wie etwa ein Topf oder ein Autokotflügel hergestellt werden oder was zu tun ist, damit gebogene Rohre keine "dünnen" Stellen enthalten, die später zu Materialermüdung, vorzeitigem Verschleiß oder zu platzenden Leitungen führen können (wie wir es ja gerade in diesem kalten Winter wieder erlebten). Solche Fragen wurden im vor kurzem beendeten Sonderforschungsbereich (SFB) 319 "Stoffgesetze für das inelastische Verhalten metallischer Werkstoffe - Entwicklung und technische Anwendung" entschlüsselt. Forscher der Technischen Universität Braunschweig, der Uni Hannover und der TU Chemnitz-Zwickau arbeiteten unter der Leitung des Braunschweiger Professors Elmar Steck rund zehn Jahre zusammen, um den Naturgesetzen auf die Spur zu kommen. Die beteiligten Fachleute stammten aus vielen Gebieten der Technik, vom Bauingenieurwesen über Leichtbau, Mechanik, Metallphysik und Stahlbau bis zu den Werkstoffwissenschaften.
Die Probe stark vergrößert. Die Kantenlänge beträgt etwa 60 mm. Der Verformungsverlauf ist deutlich an den Moirestreifen zu erkennen
Seit 1992 aus Chemnitz mit dabei: Prof. Reiner Kreißig und Prof. Jochen Naumann. Ihnen ging es besonders um die Untersuchung spezieller Biegeproben, oder, in der Sprache der Wissenschaft, um die "Identifikation elastisch-plastischer Deformationsgesetze durch Auswertung inhomogener Spannungs- und Deformationszustände", wie das von ihnen betreute Teilprojekt offiziell hieß. Werden Metalle gebogen, verschieben sich die einzelnen Teilchen gegeneinander. Dabei hängen Größe und Verteilung der Verschiebungen vom konkreten Verhalten der untersuchten Metalle ab. Durch Anpassung der Ergebnisse komplizierter Vergleichsberechnungen an das Experiment lassen sich die direkt nicht meßbaren Materialkennwerte bestimmen. Diese benötigt man, um zum Beispiel extrem beanspruchte Bauteile zu berechnen oder den Werkstoffluß beim Umformen zu analysieren. Für ihre Berechnungen benutzten die Chemnitzer Forscher besonders starke Personalcomputer, sogenannte Workstations. Die Ergebnisse sind universell anwendbar, sei es nun beim Anlagen- und Behälterbau oder nur bei der häuslichen Bratpfanne. Rund 450.000 Mark steckte die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) in mehr als vier Jahren in die Chemnitzer Untersuchungen. Genug, um einen Wissenschaftler voll zu bezahlen und von Zeit zu Zeit fünf weitere Forscher zu beschäftigen. Es hat sich gelohnt - sogar die US-Fachkollegen schätzten die Ergebnisse des SFB hoch ein. Dies zeigte auch die zweitägige Abschlußveranstaltung in Braunschweig, wo sich zahlreiche Fachleute aus dem In- und Ausland mit den DFG-Gutachtern einig waren: Hier war - mit Chemnitzer Beteiligung - mal wieder Spitzenforschung geleistet worden.
Weitere Informationen:
TU Chemnitz-Zwickau, Fakultät für Maschinenbau und Verfahrenstechnik, Institut für Mechanik, Prof. Reiner Kreißig, 09107 Chemnitz, Tel. 03 71/5 31-12 42, Fax 03 71/ 5 31-14 71