Leichtbau Das Potenzial des Leichtbaus besser nutzen

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Unter dem Motto Leichtbau – Grenzen überwinden und Innovationen gestalten hat das 12. Landshuter Leichtbau-Colloquium LLC stattgefunden. Mehr als 130 Expertinnen und Experten trafen sich an der Hochschule Landshut und informierten sich in 40 Fachvorträgen und einer begleiten Fachmesse über aktuelle Entwicklungen aus Forschung und Industrie.

Um das Leichtbau-Innovationspotenzial voll ausschöpfen zu können, müsse man länder- und disziplinenübergreifend sowie über Instituts- und Unternehmensgrenzen hinweg denken und agieren, erläuterte Veranstaltungsinitiator Prof. Dr. Otto Huber. Die Bedeutung einer länderübergreifenden Zusammenarbeit und Netzwerkarbeit betonten dabei auch Vertreter des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) - das die Schirmherrschaft der Veranstaltung übernommen hatte - und des österreichischen Bundesministeriums für Klimaschutz (BMK, Wien). Der Leichtbau sei eine Querschnittstechnologie, die für Ressourcenschonung und Klimaschutz in vielen Branchen und auch für die Volkswirtschaft eine wichtige Rolle spiele. Rund 124 Milliarden Euro, knapp 4 Prozent der deutschen Wertschöpfung, entstehen durch den Leichtbau, erläuterte Michael Kellner (Parlamentarischer Staatssekretär beim Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK, Berlin) in seinem Videogrußwort.

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Ein Beispiel für eine länder- und disziplinenübergreifende Zusammenarbeit stellte Veranstaltungsinitiator Prof. Dr. Otto Huber mit dem DACH-Forschungsprojekt „MagPlast – Mechanisms of Plastification in Multiaxially Loaded Textured Magnesium“ vor. Im von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) geförderten Projekt bündelten die Paris Lodron Universität Salzburg (PLUS) und das Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK) ihre Kompetenzen mit dem Ziel, die Plastifizierungsmechanismen von gießgewalztem Magnesiumblech zu untersuchen und ein elastoplastisches Stoffgesetz für die Finite Elemente Methode (FEM) zu entwickeln. Texturiertes Magnesium habe anders als Stähle oder Aluminiumlegierungen aufgrund der Zwillingsbildung ein stark anisotropes und asymmetrisches Fließverhalten mit einer ausgeprägten Dehnungslokalisierung bei Druckbeanspruchungen. Dieses spezielle elastoplastische Materiaverhalten wurde mittels uni- und multiaxialer Versuche charakterisiert, ein geeignetes Stoffgesetz abgeleitet und mit mehreren FEM-Simulationen verifiziert. Ein weiteres Forschungsprojekt soll sich nun mit zyklischen Beanspruchungen befassen was die Berechnung der Lebensdauer von Leichtbaustrukturen aus Magnesiumblechen ermöglichen soll.

Leichtbauinnovationen für die Luftfahrt

Den Auftakt für das umfangreiche Fachprogramm bildeten zwei Vorträge aus dem Bereich Luftfahrt. Mit einem neuentwickelten und wasserstoffgekühlten elektrischen Axialflussmotor befasste sich ein Vortrag von Prof. Dr. André Baeten (TH Augsburg). Die Herausforderung in der Luftfahrt laute, klimaneutral und ressourceneffizient zu werden, E-Fuels, aber auch elektrische Antriebe und Brennstoffzellen seien Themen. Brennstoffzellen arbeiten emissionsfrei, der sehr leichte Axialflussmotor arbeite mit einer sehr hohen elektrischen Effizienz, hätte aber mit Überhitzungen zu kämpfen. Im Forschungsprojekt K-AXFLUX-H2 – gefördert durch die „Holistic Air Mobility Initiative (HAMI) – habe man diese Herausforderung gelöst. Man habe einen leichtbauoptimierten Axialflussmotor entwickelt, bei dem Wasserstoff zum Kühlen und auch als Energiequelle für die Brennstoffzelle genutzt werde.

Gerade für die zivile Luftfahrt, geprägt durch rund um die Uhr eingesetzte Flugzeuge und deren extrem lange Lebensdauer, spiele Leichtbau eine besondere Rolle, wie Peter Glaser, FACC AG, Ried im Innkreis (A) im zweiten Plenumsvortrag betonte. Da 98 Prozent der Treibhausgasemissionen während des Betriebs entstünden, sei jedes Gramm an eingesparter Masse wichtig. Kostengünstige Leichtbau-Lösungen für gewichtseffiziente Flugzeug-Strukturen könnten einerseits durch den Einsatz von effizienten (leichten) Materialein oder durch Optimierungen umgesetzt werden. Dabei müssten Lösungen wegen des hohen Wettbewerbsdruck kostengünstig sein. Hierbei seien Ingenieure gefragt, die im System denken und so übergreifende Lösungen finden. So seien z.B. die nach vorne gepfeilten Flügel des Experimentalflugzeugs Grumman x 29 eine geniale Idee: die Laminateigenschaften werden ausgenutzt, um die Flügelform ohne großen technischen Aufwand zu ändern und dabei die Eigenschaften deutlich zu verbessern. Er ruft dazu auf, Ingenieure zu inspirieren, weitere solcher Lösungen zu schaffen.

Leichtbau-Lösungen für den industriellen Einsatz

In zwei parallelen Sessions präsentierten Referenten aus Industrie, Dienstleistung und Forschung an zwei Tagen eine große Zahl an innovativen Lösungen und Forschungsansätzen, die auf den verstärkten Einsatz des Leichtbaus und damit zu Ressourcenschonung und verbesserter Ökobilanzierung führen sollen. Als Beispiel für industrielle Anwendungen zeigte z.B. Dr. Martin Hillebrecht eine von der EDAG Engineering GmbH entwickelte, gewichtsoptimierte Bodengruppe für leichte Nutzfahrzeuge mit elektrischem Antrieb (Batterie oder Brennstoffzelle). Mit Hilfe von lastgerecht gestalteten 3D-Rollprofilen und höherfesten Stählen konnte trotz eines deutlich erhöhten zulässigen Gesamtgewichts von nun 4,2 Tonnen und einer Erhöhung der Nutzlast um 30 Prozent eine Gewichtsersparnis von bis zu 21,5 Prozent im Vergleich zu aktuellen Verbrennermodellen erzielt werden. Dies verspricht gerade bei der hohen Fahrleistung dieser Fahrzeuge eine deutliche Minimierung des CO2-Footprints, gleichzeitig sinke der Anlageninvest deutlich, ebenso die Kosten im Vergleich zur konventionellen Umformung.

Aerodynamische Unterbodenverkleidung für den neuen ICE

Dass sich auch Holz, das sich durch geringes Gewicht bei hoher Stabilität und Umweltfreundlichkeit auszeichnet, als Leichtbau-Werkstoff hervorragend eignet, verdeutlichte Thomas Krenke (W.E.I.Z. Forschungs & Entwicklung gGmbH): Gerade als Hybridmaterial in Verbindung mit Metallen oder Kunststoffen habe es ein großes Leichtbaupotenzial. Der industrielle Produktionsprozess von der Simulation bis hin zum digitalen Zwilling und der Prozesssteuerung ermöglichen vielfältige Anwendungen. Er stellte z.B. eine aerodynamische Unterbodenverkleidung vor, die beim neuen ICE eingesetzt wird und enormen Belastungen standhalten muss.

Innovativen Strukturleichtbau durch den Einsatz von Hochleistungs-Thermoplasten zeigte Matthias Schütte (Röchling Automotive SE) am Beispiel einer Dachkappe, der vorderen Dachspitze für ein Premium-Cabriolet. Hier wirken starke Kräfte, ein im Spritzgussverfahren hergestelltes glasfaserverstärktes PA6 Organoblech, in das ein Metallstift heiß eingebettet wird, ermöglicht eine deutliche Gewichtsreduzierung gegenüber der bisherigen Lösung aus Magnesium, durch Funktionsintegration konnte die Anzahl der Teile halbiert und der Montageaufwand minimiert werden.

Große Bandbreite an Leichtbau-Themen

Die zahlreichen Fachvorträge zeigten die große Themenbandbreite des Leichtbaus sowie der aktuellen Forschungsansätze. Untersuchungen zum Strangpressen von partikelverstärkten Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen präsentierte Prof. Dr. Steve Siebeck (Westsächsische Hochschule Zwickau), eine Lebensdauermodellierung von gegossenen Nickelbasislegierungen auf Basis der Defektverteilung erläuterte Florian Mader (Hochschule Landshut), die mikromechanische Simulation des Schädigungsverhaltens von gelöteten Nickelbasisblechen Jakob Huber (TU München). Analysen zur zerstörungsfreien Prüfung und Charakterisierung von geschäumten Kunststoffen zur verbesserten Qualitätskontrolle (Marcel Mayr, SKZ – FFE gGmbH) waren ebenso Thema wie die Herstellung und die Eigenschaften von additiv gefertigten metallischen Lattice-Platten-Strukturen (Martin Maier, Hochschule Landshut).

Neben den Vorträgen nutzten die Teilnehmer intensiv die Gelegenheit zum Netzwerken, sich in der begleitenden Fachausstellung mit knapp 20 Messeständen über aktuelle Entwicklungen aus dem Bereich Leichtbau zu informieren und diese zu diskutieren oder für einen Besuch in den Laboren des LLK der Hochschule Landshut. Auch zum 12. LLC erschien ein Tagungsband mit 19 Fachbeiträgen, der über den Leichtbau-Cluster zu beziehen ist.

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