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Transparenterer Leichtbau Bestehende Leichtbaumethoden sind jetzt einfacher zu beurteilen

Eine Analyse von TU München 2 min Lesedauer

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Leicht und dennoch stabil sollten Bauteile sein, damit sie etwa in bewegten Systemen Gewicht und damit Antriebsenergie einsparen können. Münchener Forscher haben dafür jetzt einen Leitfaden parat ...

Der Leichtbau gilt als ein Schlüssel, um den Energiebedarf beweglicher Systeme zu senken – sei es im Materialmix, wie hier mit Metall und carbonfaserverstärkten Kunststoffkomponenten, oder nur einem Leichtbaumaterial. Wie man jetzt die ideale Methode schneller findet, verraten Experten hier ... (Bild: Carbonicus)
Der Leichtbau gilt als ein Schlüssel, um den Energiebedarf beweglicher Systeme zu senken – sei es im Materialmix, wie hier mit Metall und carbonfaserverstärkten Kunststoffkomponenten, oder nur einem Leichtbaumaterial. Wie man jetzt die ideale Methode schneller findet, verraten Experten hier ...
(Bild: Carbonicus)

Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben ein Referenzsystem entwickelt, das es, wie betont wird, erstmals ermöglicht, zahlreiche unterschiedliche Leichtbaumethoden direkt miteinander zu vergleichen und nicht zuletzt zu bewerten. Leichtbauteile, so erfährt man aus München, werden in der Regel vorab rechnerunterstützt entworfen und dann erst angefertigt. Dafür gibt es etablierte Verfahren, die aber jeweils unterschiedliche physikalische Modelle und mathematische Beschreibungen nutzen, was den Vergleich unter denselben erschwert, wie es weiter heißt. Darüber hinaus seien sie wegen ihrer hohen Berechnungskomplexität auf geringe räumliche Auflösungen beschränkt. Den TUM-Forschern ist es aber mit dem „Benchmark Stress Guided Lightweight 3D Designs“ – „SGLDBench“ – gelungen, die verschiedenen Ansätze vergleichbarer zu machen und dieselben zu optimieren.

So findet man die richtige Leichtbaustrategie schneller

„SGLDBench“ erlaubt es nun, sechs Referenzstrategien (wie etwa klassische Topologieoptimierung, poröse Füllstrukturen oder gitterbasierte Layouts) auf beliebige Bauteile mit frei wählbaren Randbedingungen anzuwenden. Mithilfe von 3D-Simulationen können sie dann miteinander verglichen werden, so die Experten. Berücksichtigt werden dabei wichtige Parameter, wie Steifigkeit-zu-Gewicht, Spannungsfelder und Verformungen. Aber auch Informationen darüber, wie das Bauteil oder die Struktur mit seiner Umgebung verbunden respektive gelagert ist, gehören dazu. Dadurch könnten Konstrukteure und Anwender Entwürfe mit unterschiedlichen Auflösungen und Materialverbrauch erstellen und gleichzeitig die mechanischen und geometrischen Eigenschaften sicherer bewerten. Typische Anwendungsbereiche für den neuen Benchmark gebe es zu Hauf. Da wäre beispielsweise die Chance, mehrere Konstruktionsvarianten für Hüftimplantate zu testen und individuell abgestimmt zu fertigen. In der Automobil- und Luftfahrtindustrie trage der Benchmark auch noch dazu bei, Bauteile weiter zu verschlanken, also materialeffizienter zu machen. Ein geringeres Gewicht bedeutet schließlich eine höhere Energieeffizienz. Gleichzeitig müssten die Strukturen aber auch typischen Erschütterungen und Schwingungen mit großer Sicherheit standhalten, weshalb der Benchmark die Simulation mit über 100 Millionen Einzelelementen erlaube, die mit jedem PC sogar recht flott machbar seien.

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