Fertigungstechnik und Leichtbau
Leichtbau:
Konstruktionstechnik, die unter integrativer Nutzung aller konstruktiven, werkstoff- und fertigungstechnischen Mittel bei einer Gesamtstruktur und bei deren Elementen die Masse reduziert und die Gebrauchsgüte erhöht.
Leichtbauprinzipien und -techniken
Leichtbaustrategien
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Stoffleichtbau:
Austausch des ursprünglichen Werkstoffs durch einen anderen Werkstoff
mit besseren gewichtsspezifischen Eigenschaften. Dies kann zum Bei-spiel
durch die Substitution von konventionellen Stahlwerkstoffen durch neuartige,
höherfeste Stähle, hochfeste Aluminiumlegierungen oder Kohlefaser-Verbundwerkstoffe
geschehen.
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Formleichtbau: Anpassung der Werkstoffverteilung in der Tragstruktur. Durch ge-zielte Adaption der Werkstückmassen an die Belastungssituation werden Bereiche höherer Belastung verstärkt, während in gering ausgenutzten Bereichen Blechdi-cken oder Wandstärken reduziert werden. Beispielhaft hierfür sind so genannte Tai-lored Components bei denen es sich um Platinen handeln kann die aus Blechen un-terschiedlicher Blechstärke oder unterschiedlicher Werkstoffgüte zusammenge-schweißt werden.
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Bedingungsleichtbau: Gewichtseinsparung durch genaue Analyse der auftretenden Einsatzbedingungen und der Zuverlässigkeit der Gesamtkonstruktion. Durch ge-zielte Ermittlung auftretender Unsicherheiten bezüglich der Belastung wird der be-nötigte Werkstoffbedarf eingegrenzt und im Gegensatz zur Ursprungskonstruktion reduziert. Auslegungsbedingte Sicherheitsreserven können auf durch genauere Kenntnis der Einsatzbedingungen reduziert werden.
Kosten vs. Gewicht im Leichtbau
Durch die Einsparung von Werkstoff oder die Verkürzung von Prozessketten durch Funktionsintegration lassen sich die Herstellungskosten deutlich reduzieren (Sparleichtbau). Betrachtet man darüber hinaus die Reduktion der Kosten für den späteren Betrieb wird, wie z. B. im Bereich Luft- und Raumfahrt, auch einer Erhöhung der Herstellkosten zugunsten reduzierter Treibstoffkosten oder erhöhter Zuladung in kauf genommen. In diesem Fall spricht man von Öko- bzw. Zweckleichtbau.
Aktuelle Trends in der Anwendung von Leichtbaustrategien
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Fertigungsprozesse bei denen die positiven Eigenschaften unterschiedlicher Werk-stoffe kombiniert werden (z. B. Kunststoff-Metall-Verbunde, Sandwich-Bauteile oder faserverstärkte Werkstoffe)
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hybride Fertigungsprozesse bei denen verschiedene Fertigungsverfahren kombiniert werden (z. B. hybride Fügeverfahren oder gemeinsame Umformung eines Kunststoff-Metall-Verbundes)
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die Erforschung neuartiger Werkstoffe (z. B. „Nano“-Materialien)
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die Weiterentwicklung rechnergestützter Design- und Auslegungsstrategien (z. B. Topologieoptimierung oder Berücksichtigung der Mikrostruktur)
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Anwendung von Prinzipien der Bionik zur Bauteil bzw. Produktgestaltung.
