Nico Rohrbach, B. Sc. ist Berechnungsingenieur in der Abteilung Industrial Engineering der LEIBER Group GmbH & Co. KG in Emmingen-Liptingen AUTOR Um leichtere Komponenten zu erzielen, kommen verschiedenste Möglichkeiten in Frage. So lassen sich beispielsweise leichtere Werkstoffe einsetzen, unbelastete Strukturen eliminieren oder auch ein anderes Herstellungsverfahren wählen. Zudem ist es wichtig, die computergestützten Werkzeuge wie CAD und CAE so einzusetzen, dass man den größtmöglichen Nutzen aus ihnen ziehen kann und somit eine möglichst leichte Komponente oder ein möglichst leichtes Gesamtsystem erhält. Am Beispiel eines Lkws kann mit geringerer Eigenmasse mehr Nutzlast verladen werden, was zu einer direkten Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit auch zur Reduzierung der CO2-Emissionen pro transportierter Gewichtseinheit des Ladeguts führt. Grundsätzlich gilt es beim Leichtbau, immer das optimale Verhältnis zwischen Kosten und Gewichtseinsparung zu erreichen, denn beim Entwickler beziehungsweise Lieferanten entstehende Leichtbaukosten können auch überproportional steigen und werden nur bedingt vom Kunden bezahlt. Auch gibt es zwangsweise eine physikalische Grenze, bis zu welchem Grad Leichtbau möglich ist. Das heißt, es muss ein Material beziehungsweise ein Materialverbund eingesetzt werden, welches den geforderten Lastkollektiven gerecht wird. Neben der physikalischen Grenze gibt es in den meisten Anwendungen auch eine wirtschaftliche Grenze, bis zu der sich Leichtbau lohnt, diese wird vom Kunden vorgegeben. In der Luftfahrt zum Beispiel darf AUS DER PRAXIS eine Gewichtersparnis von 1 kg nicht mehr als 500 € kosten. In der Automobilindustrie redet man sogar von nur 2 bis 10 €.1 In Bild 2 ist eine schematische Darstellung dieser Verhältnisse dargestellt. Leichtbau kann auf mehrere Arten auch durch geschickte Kombinationen folgender Ansätze realisiert werden: • Fertigungstechnisch können zum Beispiel entscheidende Festigkeitssteigerungen durch eine andere Wahl des Herstellverfahrens erreicht werden. • Stofflich kann der eingesetzte Werkstoff durch einen leichteren ersetzt werden. Hierbei muss allerdings immer auch eine andere Steifigkeit sowie andere Festigkeiten mit berücksichtigt werden, damit sich die leichtere Komponente anschließend ähnlich mechanisch verhält und den Lebensdauererwartungen gerecht wird. • Konstruktiv sollte die einzelne Komponente hinsichtlich ihrer Geometrie derart gestaltet werden, dass auch nur dort Material zum Einsatz kommt, wo es benötigt wird. Im Allgemeinen wird dieses Vorgehen als Topologieoptimierung bezeichnet. • Werkstoffverbunde sollen den Punkt des stofflichen Leichtbaus nochmals unterstützen, in dem die Materialien gezielter verwendet werden. Beispiele hierfür sind hybridgeschmiedete Komponenten oder Faserverbundwerkstoffe. massivUMFORMUNG | MÄRZ 2017 49
massivUMFORMUNG März 2017
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