Intelligenter Leichtbau reduziert über die ganze Prozesskette den Einsatz von Ressourcen. Grafik: Fraunhofer LBF

Leicht konstruieren

Leichtbau

Intelligenter Leichtbau setzt auf die Betrachtung des gesamten Entwicklungsprozesses und eine Vernetzung der erforderlichen Kompetenzen.

Leichtbau umfasst als Kompetenz zur Produktentwicklung den gesamten Entwicklungsprozess. Für eine Struktur bedeutete das, dass das Gewichtsmini­mum des Ganzen nur zu erzielen ist, wenn jedes Einzelteil nur ein Minimum an Gewicht erfordert. Für die Entwicklungswerkzeuge bedeutet das aber auch, dass jeder Schritt in der Entwicklung zum Minimum optimal beiträgt. Moderne Konstruktions- und Berechnungsverfahren sowie die Entwicklung und Erprobung neuer Fertigungsverfahren und angepasster Prüfmethoden lassen neue Leichtbaupotenziale erschließen.

Leichtbau als Prozesskette

Oft wird bei der Betrachtung des Leichtbaus mit dem Blick auf Einzelaspekte zu kurz gegriffen. Eine werkstoffgerechte, intelligente Leichtbaukonstruktion setzt bei der Konstruktion und Auslegung experimentell verifizierte Material­daten voraus und berücksichtigt neben Aspekten des Recyclings auch Fertigungs- und Montageanforderungen. Ziel sollte daher stets sein, auf Basis bekannter und abgesicherter Lastdaten und wirklich notwendiger Anforderungen (Anforderungsleichtbau) die Form und das Material der Bauteilstruktur rechnerisch so zu bestimmen (Material- und Formleichtbau), dass das Bauteil seine Funktionen erfüllt und wirtschaftlich zu fertigen und zu montieren ist. Das Fertigungsverfahren sollte hierbei so gewählt werden, dass es in Stückzahl, Qualität, Streuung und Preis in der Lage ist, das Bauteil in seiner Idealform zu realisieren (Fertigungsleichtbau).

Sicherheit und Überwachung
Prof. Dr.-Ing. Andreas Büter, Fraunhofer LBF und Fraunhofer-Allianz Leichtbau Foto: Fraunhofer LBF
Prof. Dr.-Ing. Andreas Büter, Fraunhofer LBF und Fraunhofer-Allianz Leichtbau Foto: Fraunhofer LBF

Toleranzen bei Material und Fertigung beeinflussen über den damit verbundenen Sicherheitsfaktor direkt die rechnerische Auslegung. Für Sicherheitsbauteile muss darüber hinaus die Ausfallwahrscheinlichkeit experimentell nachgewiesen werden. Gerade bei Kunststoffbauteilen ist ein Nachweis der Schadenstoleranz stark mit Monitoring­konzepten verknüpft. Integrierte Last- und Strukturüberwachung (SHM) hilft, Betriebslasten und Schädigungen im Betrieb zu detektieren, um unzulässige Veränderungen rechtzeitig zu erfassen und die Strukturkomponenten reparieren oder austauschen zu können.

Eine frühzeitige Bereitstellung von Materialdaten und deren Streuung aus einem Material Data Space sowie ein Inline-­Monitoring der Fertigung zur Steigerung der Fertigungsqualität würden es möglich machen, die Qualität der Bauteilbemessung zu steigern.

Leichtbauatlas fördert Vernetzung

Hieraus wird deutlich, dass intelligenter Leichtbau eine gute Vernetzung und den konstruktiven Austausch verschiedener Akteure und Wissensträger voraussetzt. Das BMWI hat zu diesem Zweck zusammen mit Partnern eine Internetdatenbank entwickelt (leichtbauatlas.de), die darauf abzielt, die notwendigen Kompetenzen zu finden und als Unternehmen gefunden zu werden. Jeder Leichtbauakteur ist somit herzlich eingeladen sich dort einzubringen.

Intelligenter Leichtbau setzt auf die Betrachtung des gesamten Entwicklungsprozesses und eine symbiotische Vernetzung der erforderlichen Kompetenzen, um alle Leichtbaupotenziale nachhaltig zu erschließen, denn frei nach Kant „ist da, wo jeder ein Tausendkünstler ist, die Wissenschaft noch in größter Barbarei“.

Prof. Dr. Andreas Büter 

 

Aufmachergrafik: Fraunhofer LBF