Leichtbau

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Definition

Leichtbau ist eine Schlüsseltechnologie, um den Herausforderungen der Energie- und Materialeffizienz zu begegnen und zugleich die Leistungsfähigkeit und Produktivität von Maschinen und Anlagen zu erhöhen. Konstruktionen mit möglichst geringer Masse zu ermöglichen, Gewichte einzelner Bauteile maximal zu reduzieren und dabei beispielsweise Transportmittel effizienter und schneller zu gestalten sind typische Ziele.

Der Leichtbau kann überdies sich widersprechende Anforderungen erfüllen: hohe Stabilität trotz geringem Materialeinsatz durch möglichst leichte aber auch stabile und sichere Bauteile, Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei Automobilen und dennoch höhere Fahrzeugsicherheit. Das Ziel des Leichtbaus liegt also nicht nur in einzelnen Faktoren wie der Gewichtsreduzierung, sondern im Gesamtoptimum – technologisch, ökonomisch und ökologisch.


Nutzen

Der Einsatz von Leichtbautechnologien begünstigt beispielsweise:

  • Gewichtsersparnis durch weniger Material aufgrund mechanisch verbesserter Leichtbaulegierungen
  • Erzielen neuer Eigenschaften durch Entwicklung von Beschichtungsverfahren
  • Steigerung der Energieeffizienz bei der Beschichtung durch neuartige Prozesse und Anlagen
  • Verminderung von Faserbruch bei der Verarbeitung durch angepasste Oberflächen
  • Reduktion der Materialeinzelkosten
  • Erfüllung gesetzlicher Vorgaben
  • Wettbewerbsvorteile


Potenzial

Leichtbaumaterialien sind Zukunftsmaterialien. In der Automobilbranche bietet Leichtbau sehr großes Potenzial zur Minimierung von CO2 sowie zur Verbrauchsoptimierung und wird, wie auch im Flugzeugbau, intensiv eingesetzt. Ziel ist es stets, die Leistungsfähigkeit, Reichweite oder Produktivität zu steigern und dies mit der Einsparung von Rohstoffen, Kosten und Energie zu vereinen. Vor allem bei bewegten Objekten – vom Flugzeug über das Automobil bis hin zum Schlitten einer Werkzeugmaschine – steht die Steigerung der Beschleunigung und Geschwindigkeit oder die Einsparung von Energie bei gleicher Performance im Vordergrund. Leichtbau spielt nicht nur in diesen Branchen eine zentrale Rolle, sondern wird immer stärker bei Konsum- und Gebrauchsgütern berücksichtigt. Die Senkung von Herstell- und Transport-, aber auch Entsorgungskosten wird erreicht. Des Weiteren ermöglicht der Einsatz von Leichtbautechnologien die Eindämmung von Rohstoffverknappung.

Material- und Bauteilherstellung

Um Kunststoffe robuster, Metalle leichter und Energiespeicher effizienter zu gestalten modifizieren wir konventionelle Werkstoffe mit nanoskaligen Füllstoffen.




Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen

Da sich die Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen erheblich von der konventionellen Metallbearbeitung unterscheidet, entwickeln wir Oberflächen, die bei der Verarbeitung besonders schonend zu den Fasern sind. Wir optimieren Bearbeitungstechnologien und -prozesse, um  Prozesskosten erheblich zu reduzieren.



Konstruktiver Leichtbau

Konstruktiver Leichtbau ist der Schlüssel zur Energie- und Ressourceneffizienz. Wir unterstützen unsere Kunden in der Einführung moderner Leichtbauwerkstoffe, sowie in der Konstruktion und Berechnung von topologieoptimierten Strukturen, Faserverbünden und anderen Leichtbauwerkstoffen.

Handhabung und Automatisierung

Bei großen Strukturen sind leichte und mobile Automatisierungssysteme erforderlich, da das Produkt selbst meist nicht bewegt werden kann.  Wir entwickeln maßgeschneiderte Handhabungs- und Automatisierungslösungen auch für  diese anspruchsvollen Produktionsanforderungen.



Qualität

Leichtbauwerkstoffe unterscheiden sich in Bezug auf die Qualitätsaspekte in der Zerspanung wesentlich von homogenen Metallen. Wir entwickeln spezielle Messverfahren und -geräte, um die werkstoffspezifischen Schadensbilder wie Delamination, Ausfransung oder Harzausbrüche automatisiert zu erfassen.



Nachhaltigkeit und Energie

Wir sorgen dafür, dass Ihre Qualitätsansprüche an Produkt und Prozess eingehalten werden und stellen sicher, dass die höchste Zuverlässigkeit Ihrer Anlagen damit nicht im Widerspruch steht.

CFKComplete

Entwicklung eines integrierten Komplettbearbeitungszentrums für das Bearbeiten, Messen, Reinigen und Versiegeln von CFK. Durch die Einsparung redundanter Handlingsschritte werden die für die Großserienanwendung notwendigen Wirtschafltichkeitsanforderungen erreichbar.