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Leichtbau Optimieren, kombinieren und generieren

| Autor / Redakteur: Dorothee Quitter* / Dorothee Quitter

Eine Gewichtsreduzierung gelingt am besten mit leichten Werkstoffen und einem Verfahren, das topologieoptimierte Bauteile fertigen kann.

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Mit einer speziellenProzesstechnik lassen sich jetzt auch Magnesiumlegierungen additiv mittels Laserschmelzen verarbeiten.
Mit einer speziellenProzesstechnik lassen sich jetzt auch Magnesiumlegierungen additiv mittels Laserschmelzen verarbeiten.
(Bild: Fraunhofer ILT )

Die Palette an Werkstoffen ist groß und die Form­gebungsmöglichkeiten der verschiedenen Materialien ebenfalls. Liegt der Fokus jedoch auf Leichtbau, dominieren drei Themen, zu denen derzeit viel geforscht und Neues vorgestellt wird: die Faserverbundmaterialien, die Hybridmaterialien und der 3D-Druck.

Leichte Faserverbundmaterialien

Faserverbundwerkstoffe eignen sich aufgrund ihres lagenweisen Aufbaus sehr gut zur Funktionsintegration. Auf der Composites Europe wurde ein innovativer Herstellungsprozess für endlosfaserverstärkte Spritzgießbauteile mit inte­grierten elektronischen Funktionselementen vorgestellt. Wissenschaftler der TU Dresden nutzen hierbei die textilen Hochleistungsgitter als mechanische Verstärkung der Spritzgießbauteile und entwickeln diese zu Trägern der elek­tronischen Komponenten weiter. Mit diesem Fertigungsprozess sind intelligente Bauteile möglich, wie bspw. eine Fahrzeug-Heckklappe mit Touch-Sensor.

Auch an der Art und Weise, wie die Fasern bei Geometrieänderungen angeordnet werden können, wird geforscht. So arbeiten Wissenschaftler aus den Bereichen Kunststofftechnik (ILK), Botanik (TU Dresden, Universität Freiburg) und Textiltechnik (ITV) gemeinsam daran, Leichtbauprinzipien der Natur unter Einsatz der Flechttechnologie auf neuartige Leichtbaustrukturen zu übertragen. Durch die Adaption der Faserorientierung eines Drachenbaumes für eine dreiarmige technische Verzweigung, bei der die Fasern der Arme den Hauptstamm umschließen, konnte im Vergleich zu bisherigen Auslegungsstrategien die Belastbarkeit um bis zu 50 % gesteigert werden.

Dass Faserverbundmaterialien auch schon in Sicherheitsbauteilen zum Einsatz kommen, zeigt das Beispiel eines Bremspedals. Es besteht aus kurzfaserverstärktem Kunststoff und einem Composite-Einleger der Marke Tepex. Für dieses vollständig konsolidierte Halbzeug wurde ein Verbundaufbau mit Polyamid 6-Matrix gewählt, der mit unidirektional ausgerichteten Faserdecklagen und mehreren Gewebeinnenlagen mit +45 °- bzw. -45 °-Faserausrichtung verstärkt ist. Die Decklagen sorgen für die hohe Zug- und Biegebelastbarkeit und die Innenlagen für eine hohe Torsionsbelastbarkeit des Bremspedals. Es wiegt rund die Hälfte weniger als eine vergleichbare Stahlkonstruktion.

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