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Prof. Dr.-Ing. Frank Vollertsen - Gottfried Wilhelm Leibniz-Preisträger 2002

Prof. Dr.-Ing. Frank Vollertsen

Prof. Dr.-Ing. Frank Vollertsen

Frank Vollertsen studierte Werkstoffwissenschaften an der Universität Erlangen-Nürnberg und promovierte dort 1990. Nach seiner Habilitation wurde er 1998 auf den Lehrstuhl für Umformende und Spanende Fertigungstechnik der Universität Paderborn berufen, wo er heute auch Sprecher des Instituts für Prozess- und Werkstofftechnik ist.

Frank Vollertsens interdisziplinäre Forschung verbindet die Werkstoffwissenschaften, Lasertechnik und Fertigungstechnologien. Vor allem auf dem Gebiet des Laserstrahlumformens hat er sich früh einen Namen gemacht und es gelang ihm, innerhalb weniger Jahre eine international anerkannte Forschergruppe aufzubauen. Zu seinen neueren Arbeiten gehört unter anderem das Forschungsvorhaben "Umformen strukturierter Platinen mit Mehrfachmembranen", das im Rahmen eines DFG-Schwerpunktprogramms neue Erkenntnisse auf dem Gebiet der Umformtechnik ermöglichen soll.

Lebenslauf

Name:  Frank Vollertsen 

Geburtsdatum:  13. August 1958 

Geburtsort:  Essen/Ruhr 

Familienstand:  verheiratet seit 1981, 2 Kinder 

 

Schulbildung 

1964 - 1968  Friedrich-Rückert Grundschule in Erlangen 

1968 - 1978  Ohm-Gymnasium in Erlangen Mai 

1978  Abitur 

 

Studium 

WS 80/81 - WS 85/86  Studium der Werkstoffwissenschaften an der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) 

März 1986  Dipl.-Ing. Univ. 

 

Beruf 

August 1974  Tellerwäscher 

Juli 1978 - Mai 1979  Beschäftigung in der Gastronomie 

Mai 1979 - August 1980  Grundwehrdienst in Regensburg 

April 1986 bis März 1998  wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Fertigungstechnologie (LFT, Prof. M. Geiger), Institut für Fertigungstechnik der FAU 

Mai 1990  Promotion an der Technischen Fakultät der FAU über das Thema "Pulvermetallurgische Verarbeitung eines übereutektoiden verschleißfesten Stahls" 

Oktober 1994 bis Dezember 1997  Geschäftsführer des Sonderforschungsbereiches 396 "Robuste, verkürzte Prozeßketten für flächige Leichtbauteile" 

Dezember 1996  abilitation für das Fach Fertigungstechnologie Habilitationsschrift: "Laserstrahlumformen - Lasergestützte Formgebung: Verfahren, Mechanismen, Modellierung" Habilitationsvortrag: "Verkürzte Prozeßketten in der Fertigungstechnik" 

seit April 1998  Professor und Leiter des Lehrstuhls für Umformende und Spanende Fertigungstechnik, Universität Paderborn 

 

Ehrungen 

September 1991  BMW Scientific Award 1991 für die Dissertation 

November 1991  Promotionspreis der Technischen Fakultät 

November 1996  n.v. Bekaert s.a. Biennial Award (Belgien) für die Arbeit "Laser Forming - Mechanisms, Models, Applications" 

November 1997  Wolfgang-Finkelnburg-Preis 1997 

März 2002  Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis

Forschungsschwerpunkte

Eine zentrale Aufgabe der Ingenieure ist es, Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen neue, Nutzen und Komfort stiftende Produkte erzeugt werden können. Auf Grund ihrer hervorragenden, in weiten Grenzen modifizierbaren Eigenschaften spielen die metallischen Werkstoffe nach wie vor eine zentrale Rolle als Werkstoff für Produkte in allen Lebensbereichen. Die Entwicklung und Beherrschung neuer Verfahren setzt ein Verständnis der Wechselwirkungen der Werkstücks mit dem Prozess voraus, wobei Zustand und Änderung der Werkstoffeigenschaften von zentraler Bedeutung sind. Die Arbeiten von Prof. Vollertsen konzentrieren sich auf diese Wechselwirkung sowie die damit verbundenen Fragen der Maschinen und Werkzeuge sowie der Meß- und Prüftechnik.

Hinsichtlich der Werkstoffe sind die Arbeiten auf Stähle, Aluminium- und Magnesiumlegierungen sowie Werkstoffe der Mikroelektronik ausgerichtet. Bei den Prozessen handelt es sich vor allem um solche der Wärmebehandlung, der Ur- und Umformtechnik. Letztere werden mit starren und flexiblen Werkzeugen durchgeführt. Zu den eingesetzten flexiblen Werkzeugen gehören einerseits die Strahlverfahren (Laserstrahl, Plasmastrahl), andererseits Elastomere (Polyurethan), flüssige und gasförmige Stoffe (Wasser, Öl, Stickstoff).

Beispiele:

Laserstrahlumformen

Das Laserstrahlumformen ist ein Verfahren, durch das die Gestalt metallischer Bauteile auch in schwer zugänglicher Einbaulage kontrolliert geändert, d. h. umgeformt werden kann. Das Grundprinzip des Verfahrens beruht darauf, dass ein Werkstück lokal durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl erwärmt wird. Bei geeigneter Prozessgestaltung führt diese Erwärmung über die thermische Ausdehnung des Materials zu einer Maß- und Formänderung. Diese kann z. B. zum Rapid Prototyping genutzt werden. Dabei werden Blechformteile aus einer ebenen Tafel erzeugt. Eine andere Anwendung bezieht sich auf Strukturen, die mit geringer Genauigkeit gefügt wurden. Diese können durch Laserstrahlumformen auf die vom Konstrukteur zur Funktionserfüllung gewünschte Genauigkeit justiert werden. Durch den Einsatz des Laserstrahls, der in einem weiten Leistungsbereich zur Verfügung steht, ist das Verfahren prinzipiell für die Bearbeitung von großen Strukturen (z. B. Schiffsrumpf) bis hin zu Mikrokomponenten (z. B. Linsenhalterung im CD-Player) geeignet. Die besondere Leistung von Prof. Vollertsen auf diesem Gebiet war es, die Wirkmechanismen des Verfahrens zu identifizieren und den jeweiligen Zusammenhang zwischen Prozessparameter und Formänderung systematisch zu modellieren. Hierdurch konnten geregelte Prozesse sowie geeignete Aktoren für den Einsatz in der Massenfertigung entwickelt werden.

Umformung mit Wirkmedien

Blechformteile werden zunehmend komplexer, wobei sich im Automobilbau für Teile der Karosserie ein Anforderungsprofil ergibt, das von großen lokalen Formänderungen, hoher Genauigkeit, hervorragender Oberflächengüte und dem Wunsch nach geringem Gewicht geprägt ist. Das Umformen mit Wirkmedien bietet diesbezüglich vielfache Möglichkeiten, derartige Produkte zu erstellen. Durch das Innenhochdruckumformen (IHU) werden Prozessketten deutlich verkürzt, da Baugruppen aus mehr als einem Dutzend Einzelteilen durch ein einziges, durch IHU hergestelltes Werkstück ersetzt werden können. Die zulässigen Formänderungen, die ganz wesentlich die Möglichkeiten für das Design bestimmen, können entweder durch eine lokale Wärmebehandlung oder eine Warmumformung deutlich erhöht werden. Hier hat Prof. Vollertsen Modelle entwickelt, die den Umformvorgang beschreiben und es damit ermöglichen, die Verfahren zielgerichtet einzusetzen. Die Erweiterung der Formänderungsgrenzen kann dazu genutzt werden, ganz neue Produktbereiche zu erschließen. So wird an Bauteilen, z. B. einer Dachreling für PkW, gearbeitet, die durch Innenhochdruckumformen hergestellt werden und die derzeit noch mehrteilige Konstruktion ersetzen sollen. Mit Hilfe eines neuen Verfahrensprinzips, bei dem mehrere druckbeaufschlagte Membranen eine starre Werkzeugkomponente ersetzen, können im Bereich der Blechumformung Bauteile hoher Genauigkeit erzeugt werden. Alternativ zur lokalen Wärmebehandlung erlaubt der Einsatz eines erwärmten Mediums, z. B. Öl oder Stickstoff bei Temperaturen weit über 200°C die Fertigung von Außenhautkomponenten aus einer Aluminiumlegierung, die auf Grund des Werkstoffverhaltens bisher nicht für diesen bezüglich der Oberflächenqualität sehr kritischen Bereich eingesetzt werden konnte. Formelemente, die vormals als äußerst schwer formbar betrachtet wurden, sind nun leicht herstellbar.

Mikrotechnik

Die fortschreitende Miniaturisierung ermöglicht die Produktion ganz neuer Produktgruppen, wie z. B. PDAs, die vom einfachen elektronischen Terminkalender zu Multifunktionsgeräten bei nahezu gleichbleibender Größe mutiert sind. Mit diesen Geräten ist mittlerweile sogar die Funktionalität eines Navigationssystems realisiert. Hierfür stehen Festplatten zur Verfügung, die bei der Größe einer halben Streichholzschachtel eine Kapazität von 1 GB aufweisen. Eine zusätzliche Funktionsverdichtung erfordert eine weitere Miniaturisierung aller Komponenten. Hierfür hat Prof. Vollertsen die bei der Verkleinerung der Produkte auftretenden Größeneffekte insbesondere für die Blechumformung systematisch analysiert und Modellvorstellungen zur Beschreibung der Phänomene mitentwickelt. Er ist jetzt Koordinator eines Schwerpunktprogrammes, das sich mit diesen Größeneffekten auseinandersetzen wird.