Abnehm-Strategien

Dem global wachsenden Mobilitätsbedarf stehen schrumpfende fossile Energiequellen sowie eine international strenger werdende Umweltgesetzgebung gegenüber. Darüber hinaus erfordern steigende Energie-, Material- und Fertigungskosten einen immer effizienteren und effektiveren Umgang mit den begrenzt verfügbaren Ressourcen. Dabei spielt Mobilität beim Transport von Menschen und Gütern eine entscheidende Rolle. Die Frage heißt also: „Wie lässt sich Mobilität nachhaltig gestalten?“ Dies betrifft insbesondere den Fahrzeugbau sowie die Luftfahrtindustrie, aber auch zahlreiche weitere Branchen.

Ein beachtliches Potenzial zur nachhaltigen Minimierung des Rohstoff- und Energiebedarfs bietet die weitere Gewichts- und Funktionsoptimierung. Dafür sind grundsätzliche funktionelle und konzeptionelle Überlegungen ebenso erforderlich wie eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Fahrzeugbau, Maschinenbau, Elektrotechnik, Energietechnik und Informatik.

Zu diesen Themen stellen zahlreiche der insgesamt 46 Vorträge des 5. Landshuter Leichtbau-Colloquiums unterschiedliche Lösungsansätze vor. Die Beiträge renommierter Referenten aus Wissenschaft, Forschung und Praxis kommen aus den Bereichen Leichtbautechnologien, -werkstoffe und -konstruktionen, leichtbaubezogene Fertigungstechnologien und nachhaltige Mobilität.

Gewichtsminimale Systemauslegung

Für den strukturellen Leichtbau stehen unterschiedliche Verfahren wie die Designfindung einzelner Bauteile und Baugruppen durch Topologieoptimierung zur Verfügung. Diese Werkzeuge für die virtuelle Produktentwicklung haben zwischenzeitlich einen hohen Reifegrad erreicht, ihre Leistungsfähigkeit hängt jedoch stark vom jeweiligen Anwendungsfall ab. So ist die Erhaltung bestimmter Anforderungen beispielsweise an das Festigkeits-, Steifigkeits- oder Stabilitätsverhalten ein wesentlicher Aspekt bei der gewichtsminimalen Systemauslegung. Um die hohen Ansprüche eines kritischen Abnehmerkreises zu erfüllen, spielen darüber hinaus vermehrt Komforteigenschaften wie etwa das akustische Verhalten bei der Gewichtsreduzierung eine Rolle. Eine optimale Lösung, die alle Zielgrößen bei minimalem Gewicht vereint, ist selten intuitiv und offensichtlich gegeben. Vollständig ausschöpfen lässt sich das Leichtbaupotenzial daher nur durch den Einsatz methodischer Optimierungslösungen. Die wichtigsten Verfahren dafür stellt der Vortrag von Felix Heinrich, FE-Design GmbH, vor. Anhand realer Anwendungsbeispiele wird dabei auch das Leichtbaupotenzial erläutert.

Werkstoffentwicklung unter Leichtbau-Aspekten

Mehr denn je ist der Automobilbau heute geprägt von einer Vielzahl sich häufig widersprechender technischer und wirtschaftlicher Anforderungen. Hoher Nutzen für den Kunden, Sicherheit, Zuverlässigkeit, Wertigkeit, Fahrdynamik und Wirtschaftlichkeit sowie die Erfüllung von Gesetzen machen die gezielte Weiterentwicklung und den Einsatz moderner Werkstoffe und Verarbeitungstechnologien erforderlich. Ziel ist die Effizienzsteigerung. Die Reduzierung des Fahrzeuggewichts stellt dabei eine Maßnahme mit hoher Priorität dar. Dazu können Leichtbauwerkstoffe wie beispielsweise Magnesium und Verbundwerkstoffe mit Faser- oder Partikelverstärkung einen wichtigen Beitrag leisten. Im Antriebsstrang bieten Elektrifizierung, Hybridisierung oder der Einsatz alternativer Energieträger sowie die dafür erforderliche Speichertechnik ein großes Potenzial für Werkstoffinnovationen. Die globalen Herausforderungen an die Automobilindustrie charakterisiert Dr. Stefan Kalke, Leiter Metalle, Beschichtungen und Sonderwerkstoffe, BMW Group München, in seinem Vortrag. Durch aktuelle Beispiele mit Schwerpunkt metallische Werkstoffe aus der Werkstoffentwicklung von BMW wird dargestellt, wie sich durch neue Materialien weitere Effizienzpotenziale umsetzen lassen.

Dünnwandiger Strukturguss für Karosseriebau

Im Karosseriebau werden zunehmend Gussknoten an Verbindungspunkten sowie gegossene Komponenten in Sicherheitsbereichen eingesetzt. Diese Gussteile müssen sowohl geringes Gewicht als auch eine entsprechende Festigkeit aufweisen. Hohe Anforderungen werden auch an die Oberflächenqualität sowie die Genauigkeit in den Fügebereichen gestellt. Darüber hinaus sollen die Eigenschaften der Prototypen und Vorserienteile identisch sein mit denen, die in der späteren Serienproduktion erreicht werden. Um dies zu gewährleisten, sind bestimmte Fertigungstechnologien ebenso erforderlich wie eine in den allgemeinen Entwicklungsprozess integrierte Gussprodukt- und Gießprozessentwicklung. Dabei steht neben optimal ausgearbeiteten Produkt- und Werkzeugkonstruktionen der Gesamtprozess Konstruktion, Werkzeugbau, Gießprozess, Wärmebehandlung und NC-Fertigteilbearbeitung im Fokus. Dr. Joachim Gundlach, Grunewald GmbH & Co. KG, erläutert am Beispiel ausgewählter Strukturgussbauteile für den Mercedes-Benz SLS AMG die Entwicklung und Produktion der Teile. Dabei werden unter anderem die heutigen Möglichkeiten und Grenzen der Produktion von Strukturgussteilen technisch und wirtschaftlich ausgewertet.

Innovatives Direkt- Formgebungsverfahren

Im Rahmen des vom BMBF geförderten Vorhabens „Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität“ wird ein Gesamtkonzept für ein mit Lithium-Ionen-Batteriezellen betriebenes Elektroauto auf Basis der Karosserie eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor entwickelt. Ziel ist es, das Batteriepack sicher gegen ein Heck-Crash-Szenario auszulegen sowie Lösungen für technische Anforderungen, beispielsweise Medien- und Temperaturbeständigkeit zu erarbeiten. In seinem Vortrag präsentiert Manfred Reif, Fraunhofer-Institut Chemische Technologie (ICT), ein Lösungskonzept für das Batterieschutzgehäuse. Es ist durch die Kombination bereits etablierter, kostengünstiger, großserienfähiger Verfahren für die Ausbildung von Geometrie und Funktionen und hochwertigen Halbzeugen aus endlosfaserverstärkten, thermoplastischen Werkstoffen gekennzeichnet. Die Entwicklung einer kostengünstigen Technologie ermöglicht es, Bauteile mit – gegenüber reinen kurz- oder langfaserverstärkten Werkstoffen – verbesserten mechanischen Eigenschaften zu schaffen. Für das Gehäusekonzept wurde zur Gewährleistung der Batteriesicherheit eine hybride Lösung aus langfaserverstärkten Thermoplasten mit metallischen Einlegern und Endlosverstärkungen gewählt. Die Auslegung erfolgte mit Hilfe numerischer Steifigkeits- und Festigkeitsanalysen.

Leichtbau-Cluster Hochschule Landshut; Telefon: 0871 506134; E-Mail: leichtbaucolloquium@ leichtbau-cluster.de

Die Autorin Doris Schulz ist freie Journalistin in Korntal und erstellte den Beitrag nach Informationen des Leichtbau-Clusters der Hochschule Landshut, Landshut