Leichtbau-Symposium Leichtbau liegt im Trend

Abgespeckte, belastungsoptimierte und leichte Maschinenkomponenten ermöglichen bei gegebener Steifigkeit höhere Beschleunigungen. Vor allem in der Automobilindustrie ist der Leichtbau gefragt. Was Leichtbautechnik heutzutage bewirken kann, darüber informiert das EMO-Symposium „Intelligenter Leichtbau – Herausforderung für die moderne Produktionstechnik“.

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Leichtbauwerkstoffe und die damit verbundene Leichtbautechnik bewirken bei bewegten Massen eine Reduzierung des Energie- und Materialbedarfs und eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Systeme. Vor allem setzt deshalb die Automobilindustrie verstärkt auf „schlanke“ Bauteilkonstruktion. Ob Aluminium, Magnesium, hochfester und höchstfester Stahl, neuartige Faserverbundwerkstoffe auf Basis textiler Preforms oder Verbundkeramiken – Werkstoffe sind Innovationstreiber, besonders im Fahrzeugbau.

Automobilindustrie ist Leichtbau-Vorreiter

Übliche Pkw bestehen heutzutage im Durchschnitt zu 50% aus Stahl, 15% sind Kunststoffe, weitere 15% sind jeweils Aluminium und Magnesium und etwa 4% Glas. Im Automobilbau gefragt sind vor allem hybride Leichtbaustrukturen, so Günter H. Deinzer, Leiter Werkstofftechnologie und Recycling der Audi AG in Ingolstadt: „Leichtbauwerkstoffe sind die Basis für Innovationen im Automobilbau. So reduzierte beispielsweise die hybride Karosseriestruktur aus 68% Aluminium und 32% Stahl des neuen Audi TT das Gewicht im Vergleich zur Vollstahlkarosserie bei gleicher Karosseriesteifigkeit um 48%.“

Eine Reduzierung um rund 5 kg pro Rad des Audi A8 W12 brachte die Verbund-Keramikbremsscheibe aus hartem SiC mit eingebetteten C-Faser-Bündeln, bei 4-fach höherer Lebensdauer als Graugussscheiben, hoher Bremsleistung und konstanter Wirkung nach Mehrfachbremsungen.

Hochleistungs-Strukturwerkstoffe im Fokus der Leichtbau-Entwickler

„Neue Fahrzeugkonzepte fokussieren heutzutage vor allem auf den automobiltechnischen Leichtbau, auf eine designtechnisch hochwertige Gestaltung von Innenräumen, auf Zuverlässig, aktive und passive Sicherheit sowie eine begeisternde Fahrdynamik bei reduziertem Verbrauch“, erläutert Prof. Rudolf Stauber, Leiter Betriebsfestigkeit und Werkstoffe der BMW Group in München.

Bei zukünftigen Werkstoffentwicklungen stehe vor allem die weitere Qualifizierung von Hochleistungs-Strukturwerkstoffen, beispielsweise CFK-Werkstoffen, im Vordergrund. „Entwicklungsziele“, so Stauber, „sind Untersuchungen zum Langzeitverhalten, wirtschaftliche Reparaturkonzepte sowie eine noch wirtschaftlichere Fertigung von Strukturbauteilen.“

Leichtbau ist in vielen Branchen gefragt

Konstruktive Lösungen, die bei maximaler Gewichtseinsparung gleiche oder sogar höhere Anforderungen hinsichtlich der Bauteileigenschaften erfüllen und sich kostengünstig herstellen lassen, sind in zahlreichen Branchen gefragt. Freilich, eine Werkstoffmonokultur wird es nicht geben, wie Frank Venier, Leiter Projektmanagement Leichtbau bei Audi in Neckarsulm, erläutert: „Wir setzen den aus Kosten- und Funktionssicht optimal passenden Werkstoff an der richtigen Stelle ein. Der Heckrahmenträger unseres neuen Sportwagens Audi R8 – ein Steifigkeitsbauteil, das in der Karosserie verschraubt wird – ist aus Magnesium.“ Dieser Werkstoff eignet sich besonders für Gussteile, weil er sehr gute Fließeigenschaften hat und deshalb filigrane Geometrien gegossen werden können.

Vor dem Hintergrund derzeitiger Debatten über Klimaschutz und CO2-Reduktion bekommt der Leichtbau zusätzliche Aktualität. Der zunehmende Zwang, Gewicht zu reduzieren, um Rohstoffe und Energie einzusparen, ist treibende Kraft für innovative Produktentwicklung. Dabei gilt es jedoch, Stabilität und Funktionstauglichkeit der Komponenten zu wahren. Entsprechend müssen die Fertigungsprozesse daraufhin ausgerichtet und optimiert sein. „Hier ist die Fertigungstechnik gefragt“, betont Prof. Dr.-Ing. Matthias Kleiner, Präsident der Deutschen Forschungsgemeinschaft und Mitglied des Leitungskreises des Instituts für Leichtbau und Umformtechnik der Universität Dortmund.

Leichtbaupotenzial von Stahl ist keineswegs ausgereizt

Freilich, auch der „alte“ Werkstoff Stahl hat sein Leichtbaupotenzial keineswegs ausgereizt. „Mit hoch- und höchstfesten Stählen lassen sich maximal noch 10 bis 15% Gewicht im Vergleich zum üblichen Karosseriestahl einsparen“, bilanziert Leichtbauprofi Venier.

Auch im Maschinenbau spielt Gewichtsoptimierung eine immer größere Rolle. „Mit CFK lässt sich die Dynamik von Werkzeugmaschinen und Handhabungsgeräten steigern, wenn die Masse der zu beschleunigenden Schlitten oder Spindeln reduziert wird“, sagt Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Hintze, Leiter Produktionstechnik am Institut für Produktionsmanagement und -technik der TU Hamburg-Harburg.

„Hohes Leichtbau- und Dämpfungsvermögen bieten Metallschäume“, weiß Dr.-Ing. Gerald Rausch, Leiter Leichtbauwerkstoffe und Analytik des Fraunhofer-Instituts IFAM. Als Beispiele nennt er Sandwich-Platten sowie das Ausschäumen von Hohlkörpern.MM

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