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Intelligenter Leichtbau: Neueste Technologien marktfähig ausreizen

| Autor/ Redakteur: Ina Reichel / Frauke Finus

Eine Sonderschau und das Fachsymposium „Intelligenter Leichtbau“ stellen im Rahme der Intec und Z 2017 von 7. bis 10. März aktuelle Entwicklungen und Perspektiven einer branchenübergreifenden Schlüsseltechnologie vor.

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Schnell bewegte, schwingende Metallteile in Maschinen können durch leichtere und dennoch hochfeste Komponenten in Mischbauweise ersetzt werden, wie das Beispiel eines Positionierhebels für Verpackungsmaschinen in CFK-Aluminium-Ausführung zeigt, der von der Leichtbau-Zentrum Sachsen (LZS) entwickelt wurde.
Schnell bewegte, schwingende Metallteile in Maschinen können durch leichtere und dennoch hochfeste Komponenten in Mischbauweise ersetzt werden, wie das Beispiel eines Positionierhebels für Verpackungsmaschinen in CFK-Aluminium-Ausführung zeigt, der von der Leichtbau-Zentrum Sachsen (LZS) entwickelt wurde.
(Bild: LZS)

Das Streben nach Leichtbau ist nicht neu. „Seit der Mensch technische Produkte erzeugt, denkt er über deren Optimierung nach. Dabei stellt sich immer die Frage, wie viel Aufwand kann und wie viel will er dafür betreiben. Das Können wird durch die Möglichkeiten und Werkzeuge definiert, die heute natürlich um ein Vielfaches größer sind als in der Vergangenheit. Die Bereitschaft zur Umsetzung ist dagegen durch den Markt, aber auch durch den Gesetzgeber bestimmt. Insofern stellt intelligenter Leichtbau einen Kompromiss dar, der Gewichtsreduktion in Kombination mit höherer Funktionalität marktfähig auszureizen versucht“, erläutert Prof. Andreas Büter.

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Der Sprecher der Fraunhofer-Allianz Leichtbau wird am 7. März 2017 einen Keynote-Vortrag zur Eröffnung von Sonderschau und Fachsymposium „Intelligenter Leichtbau“ halten, die im Rahmen des Leipziger Messedoppels Intec und Z vom 7. bis 10. März 2017 stattfinden. Er präsentiert das Thema beispielhaft an der Leichtbaukonstruktion eines Querlenkers, der durch die Verwendung von Faserverbundmaterialien um bis zu 45 Prozent leichter ist und dessen Zustand von einem integrierten Structural-Health-Monitoring-System (SHM) überwacht wird. Damit ist bei deutlich minimiertem Gewicht eine betriebssichere Auslegung dieses Sicherheitsbauteils gegeben. Das auf faseroptischen Sensoren basierende SHM-System ermöglicht ein Loadmonitoring und weist auf Verschleiß, Ermüdung und Schäden der Struktur hin. Eine Sammlung der realen Lastdaten macht darüber hinaus eine lastgerechte Auslegung zukünftiger Querlenker auf Basis angepasster Methoden der Betriebsfestigkeit möglich.

Mitdenkende Strukturen und Werkstoffe

Wie smarte Textilien den Einsatz leichterer und dennoch sehr sicherer Materialien und Elemente im Maschinen- und Anlagenbau, im Fahrzeugbau sowie in vielen weiteren Branchen unterstützen, ist ein Schwerpunkt von Sonderschau und Fachsymposium „Intelligenter Leichtbau“. Wissenschaftler des Fraunhofer-Forschungszentrums „Systeme und Technologien für textile Strukturen“ (STEX) Chemnitz werden aktuelle Möglichkeiten zur Funktionsintegration textiler Sensorik in Leichtbaustrukturen vorstellen. „Wir nutzen etablierte großserienfähige Technologien wie das Sticken oder Weben, um sensorische Drähte, Verstärkungsfasern oder Funktionsgarne in ein Textil einzubringen. Damit wird die textile Fläche bereits während ihrer Herstellung funktionalisiert und steht als Halbzeug für eine kunststofftechnische Weiterverarbeitung zur Verfügung, ohne zusätzliche Prozessschritte für das Anbringen externer Sensoren auszuführen“, beschreibt Michael Heinrich, Gruppenleiter Smart Textiles, und macht auf einen weiteren Vorteil dieses Vorgehens aufmerksam: „Damit können wir die Sensorik ohne Umwege direkt an die Stelle bringen, an der eine physikalische Größe gemessen werden soll, zum Beispiel die Temperatur, die Feuchte, der Füllstand oder die Dehnung einer Struktur.“ Dehnungssensoren überwachen bereits den Zustand von Rotorblättern an Windenergieanlagen. Sie können sowohl Schädigungen voraussagen als auch zur optimierten Einstellung des Rotorblatt-Drehwinkels für einen maximalen Energieertrag aus dem Wind beitragen. Die STEX-Wissenschaftler arbeiten außerdem an einer Füllstandssensorik, die direkt in eine Tankwand integriert wird und den Füllstand zum Beispiel in Wischwasserbehältern anzeigt, sowie an Sensorsystemen, die den Zustand von Betonstrukturen überwachen.

Auf die Herausforderungen und Perspektiven bei der Integration smarter Textilien in Leichtbaustrukturen wird Michael Heinrich in seinem Vortrag am 8. März eingehen. Er ist Bestandteil des Forums Textilien und Smart Structures im Rahmen des Fachsymposiums zur Sonderschau „Intelligenter Leichtbau“ auf der Intec und Z 2017. „Die textiltechnologische Einbettung kleinster Leiterplatten für die elektrische Verbindung der Sensoren erfordert spezielle Kontaktierungsverfahren. Automatisierte Technologien dafür haben wir schon sehr weit entwickelt. Die Prozesse müssen jedoch noch robuster werden“, nennt der Experte für Strukturleichtbau eine Herausforderung. Eine weitere betrifft die verlustfreie Sensorsignalverarbeitung über größere Entfernungen, zum Beispiel einem 40 m langen Rotorblatt.

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