Energieeffizienter Leichtbau

Bekanntmachung vom 15.04.2010

Der Leichtbau gewinnt aus ökonomischen, ökologischen und funktionalen Gründen immer mehr an Bedeutung. In der Verkehrstechnik, dem Schienen-, Luft- oder Straßenverkehr können der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen durch Leichtbau reduziert werden. Im Bauwesen ist er ein Mittel, um schneller und kostengünstiger bauen zu können. Im Werkzeugmaschinenbau lässt sich durch Leichtbau eine höhere Dynamik bewegter Maschinenelemente erreichen und damit auch höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten.

Der technische Anspruch des Leichtbaus besteht darin, in allen oben genannten Bereichen Systeme zu gestalten und herzustellen, die sich bei Ausnutzung aller Möglichkeiten von Konstruktionen, Werkstoffen und Fertigungstechniken durch ein geringeres Gewicht bei gleichzeitiger Erhöhung der Gebrauchsgüte auszeichnen. So sollen neue Kraftfahrzeuge sparsamer im Verbrauch werden, ohne dass auf Crashsicherheit und Komfort verzichtet werden muss.

Wichtige Voraussetzungen für den breiten Einsatz des Leichtbaus sind neben den leichten und hochfesten Werkstoffen die exemplarische Realisierung fortschrittlicher problemangepasster Produkte, die genaue Erfassung des Belastungs- und Beanspruchungszustandes sowie eine belastungsgerechte Dimensionierung.

Die Entwicklung von Leichtbauprodukten kann durch Formenleichtbau, Stoffleichtbau und Strukturleichtbau realisiert werden. Beim Formenleichtbau wird angestrebt, durch die angepasste Dimensionierung von Komponenten das Funktionsverhalten eines Produktes zu verbessern. Die Substitution von Werkstoffen höherer Dichte durch leichtere unter Beibehaltung oder Steigerung von Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften wird als Stoffleichtbau bezeichnet. Beim Strukturleichtbau werden Produkte unter Nutzung von neuen Strukturen leichter ausgeführt.

Da sich mit einer einzelnen Technologie nur Teiloptima und nicht das ganze Potenzial des Leichtbaus erreichen lassen, ist es erforderlich, die drei Technologien einschließlich gegebenenfalls notwendiger neuartiger Verbindungstechniken in ihrer Gesamtheit zu betrachten.

Für die Realisierung metallischer Leichtbaustrukturen rückt die Fertigungstechnik, insbesondere das Umformen, Spanen und Fügen in den Vordergrund. Das Umformen neuer Werkstoffe bedeutet für Stahl, Aluminium und Magnesium verringerte Duktilität bei steigenden Umformkräften. Lösungen liegen hier bei der Verwendung von Wirkmedien etwa bei der Hochdruckblechumformung, durch erhöhte Umformtemperaturen zum Beispiel beim Tiefziehen von Stahlblechen oder Biegen von Magnesiumprofilen und bei der Verkürzung von Prozessketten.

Bei der Zerspanung von Leichtbauwerkstoffen stellen sich erhöhte Verschleißprobleme besonders bei faser- und partikelverstärkten Materialien ein. Hier ist beispielsweise die Ermittlung geeigneter Schneidwerkstoffe, Werkzeuge, Beschichtungen und Verfahrensparameter erforderlich. Auch die spanende Fertigung von Freiformflächen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist durch den Leichtbau motiviert.

Da Fügestellen unter Funktionsgesichtspunkten vielfach als Schwachstellen einzustufen sind, muss die Fügetechnik bei Leichtbaukonstruktionen neue Herausforderungen bewältigen. Das Schweißen dünnster Bleche, ein geringes Umformvermögen des Werkstoffes beim Clinchen sowie unterschiedliche Werkstoffpaarungen erfordern neue Lösungsansätze zum Beispiel durch hybride Verfahren wie Kleben/Nieten.

Konsequenter Leichtbau weist ein hohes Potenzial für gegenwärtige und zukünftige Anwendung auf. Er erfordert jedoch eine integrative Betrachtung aller beteiligten Disziplinen, von der Konstruktion, der Werkstoffauswahl über die Fertigungskette bis zur Montage.


Energieeffizienter Leichtbau

Im April 2010 wurde eine weitere Bekanntmachung zum Leichtbau, Bekanntmachung vom 15.04.2010 „Energieeffizienter Leichtbau“ [Pdf, 63kB] veröffentlicht.
Mit dieser Bekanntmachung wurden die Voraussetzungen für eine noch breitere Anwendung von Leichtbauprodukten geschaffen, um Chancen für die Erschließung von neuen Marktsegmenten mit hoher Wertschöpfung zu eröffnen oder auszubauen. Gleichzeitig wird ein Beitrag zur Ressourceneffizienz in der Produktion geleistet. Voraussetzung für die breitere Anwendung von Leichtbauprodukten, insbesondere aus Faserverbundwerkstoffen, ist die Bereitstellung serientauglicher, robuster und effizienter Herstellungs- und Bearbeitungstechnologien. Darüber hinaus müssen diese Technologien in bestehende Prozessketten flexibel integrierbar sein. Insbesondere neuartige Herstellungs-und Bearbeitungstechnologien sowie Handling- und Qualitätssicherungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe sowie die Verkettung der einzelnen Prozessschritte sind dabei Schlüssel zum Aufbau flexibler, durchgängiger automatisierter Fertigungsprozessketten. Insgesamt wurden 15 Verbundprojekte gefördert.

Stand: Juni 2011

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Sekretariat Außenstelle Dresden