Fachsymposium Intelligenter Leichtbau Intec/Z 2017

Das Streben nach Leichtigkeit

Wie smarte Textilien den Einsatz leichter Materialien in Maschinen und Fahrzeugen unterstützen oder welche Vorteile Mischbauweisen bringen, wird erläutert auf der Sonderschau und beim Fachsymposium „Intelligenter Leichtbau“.

An der Integration textiler Sensorik in Leichtbaustrukturen arbeiten die Wissenschaftler des Fraunhofer-Forschungszentrums STEX. (Bild: Fraunhofer STEX)

Das Streben nach Leichtbau ist nicht neu. „Seit der Mensch technische Produkte erzeugt, denkt er über deren Optimierung nach. Intelligenter Leichtbau stellt einen Kompromiss dar, der Gewichtsreduktion in Kombination mit höherer Funktionalität marktfähig auszureizen versucht“, erläutert Prof. Andreas Büter. Der Sprecher der Fraunhofer-Allianz Leichtbau wird am 7. März 2017 einen Keynote-Vortrag zur Eröffnung von Sonderschau und Fachsymposium „Intelligenter Leichtbau“ halten. 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.

Mitdenkende Strukturen und Werkstoffe

Wie smarte Textilien den Einsatz leichterer und dennoch sicherer Materialien und Elemente im Maschinen- und Anlagenbau und im Fahrzeugbau unterstützen, ist ein Schwerpunkt von Sonderschau und Fachsymposium. Wissenschaftler des Fraunhofer-Forschungszentrums „Systeme und Technologien für textile Strukturen“ (STEX) Chemnitz werden 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.

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Auf die Herausforderungen und Perspektiven bei der Integration smarter Textilien in Leichtbaustrukturen wird Heinrich in seinem Vortrag am 8. März eingehen. „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 robuster werden“, nennt der Experte für Strukturleichtbau eine Herausforderung. Eine weitere betrifft die verlustfreie Sensorsignalverarbeitung über größere Entfernungen, zum Beispiel einem 40 Meter langen Rotorblatt.

Perspektivisch sieht Heinrich auch bei Leichtbaustrukturen noch Potenzial zur Gewichts- und Kostenreduktion. Das betrifft etwa Fahrzeugkarosserien aus CFK, die derzeit noch überdimensioniert sind, um höchstmögliche Crashsicherheit zu gewährleisten. Mit der Integration von Sensorik in die Karosserie kann der Materialeinsatz in Grenzen gehalten werden. Der Wissenschaftler rechnet hier in zirca fünf bis zehn Jahren mit sicheren Applikationen.

Mischbauweise steigert Effizienz

Intelligenter Leichtbau hat viele Facetten. Multi-Material-Design ist eine davon. „Bei Mischbauweisen können Konstrukteure für jedes Bauteil den Werkstoff verwenden, der bei möglichst geringem Gewicht die geforderten Parameter am besten erfüllt. Im Fahrzeugbau wird dieser Weg schon seit längerem beschritten. Im Maschinen- und Anlagenbau eröffnet sich noch viel Potenzial, speziell für schnell bewegte, schwingende Teile“, betont Dr. Thomas Heber, Geschäftsführer der Regionalabteilung CC Ost des Carbon Composites e.V. Er verantwortet zum Fachsymposium das Forum Multi-Material-Design am 8. März und wird unter anderem einen Vortrag präsentieren, der eine Effizienzsteigerung durch hybriden Systemleichtbau in Verpackungsmaschinen zum Thema hat.

Kai Steinbach vom Leichtbau-Zentrum Sachsen stellt einen faserverstärkten Positionierhebel vor, der in einer Verpackungsmaschine eine Metallausführung ersetzt. Mit dem CFK-Aluminium-Hebel wird nicht nur Masse minimiert, sondern zugleich die Leistungsfähigkeit der Anlage gesteigert, da das neue Bauteil höhere Geschwindigkeiten bei geringerer Schwingung zulässt.

Weitere Vorträge werden unter anderem von Vertretern der KVB Institut für Konstruktion und Verbundweisen sowie Qpoint Composite gehalten und befassen sich mit faserverbundintensivem Multi-Material-Design für den Maschinen- und Anlagenbau und mit innovativen Composite-Werkzeugtechnologien für Automobilbau, Luft- und Raumfahrt. Ebenfalls im Forum vertreten ist der Schweizer Composites-Spezialist Connova, der seit kurzem eine Produktionsstätte in Sachsen betreibt. Jens Kählert wird zum Thema „CFK und Metall – Multimaterialeinsatz im Maschinenbau“ sprechen.

Leichtbaustrukturen unter Stress

Neue Leichtbaumaterialien und -bauweisen erfordern angepasste Methoden zum Nachweis ihrer Betriebsfestigkeit. Deshalb widmet sich ein Forum am 10. März der Bauteil- und Prozesssimulation sowie Prüfung. Ein Akteur in diesem Bereich ist Nordmetall. Das Unternehmen hat sich auf die Hochgeschwindigkeitscharakterisierung von Werkstoffen und Komponenten spezialisiert. Ein weiteres Feld ist die numerische Simulation neuer Werkstoffe, Werkstoffverbunde sowie von Fügetechnologien unter komplexen Belastungen. Geprüft werden metallische Werkstoffe, Kunststoffe, Faserverbunde, Keramiken sowie Bio-Materialien. Das Unternehmen stellt seine Leistungen auf der Sonderschaufläche und zum Symposium vor. „Leichtbaustrukturen unter Stress – von der Probe bis zum Bauteil“ lautet hier der Titel. Ina Reichel/as

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