Arbeitsschwerpunkt: Leichtbau

Die zunehmende Verknappung und Verteuerung natürlicher Ressourcen erhöht in sämtlichen Bereichen den Zwang zur Entwicklung gewichtsoptimierter Bauteile und macht die Entwicklung ressourceneffizienter Fortbewegungsmittel unabdingbar. Bei bewegten Systemen, aber insbesondere im Fahrzeugbau und der Luftfahrtindustrie spielt der Leichtbau eine zentrale Rolle, da die Fahrzeugmasse sowohl bei gegenwärtigen als auch bei zukünftigen Antriebskonzepten einen entscheidenden Einfluss auf den Verbrauch hat. Zur Erreichung dieses Ziels kann die Entwicklung von angepassten Hochleistungswerkstoffen einen entscheidenden Beitrag leisten. Weiterhin kann durch den Einsatz lastfallgerecht gewählter Materialien das Leichtbaupotential in optimaler Weise ausgenutzt werden.
Die Aktivitäten im Leichtbau lassen sich stofflich in metallische und nichtmetallische, Polymer basierte Ausrichtungen unterteilen. Eine weitere Dimension der Vorhaben erschließt sich über physikalisch basierte Strukturoptimierungsstrategien.
Durch den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen (hauptsächlich Glas-, Kohlenstoff- und Naturfasern) kann eine deutliche Reduktion des Strukturgewichts gegenüber vergleichbaren Metallbauteilen erreicht werden. Als Matrix können sowohl Duromere als auch Thermoplaste eingesetzt werden. Im Fokus der Entwicklungen steht außerdem die Kombination unterschiedlichster Materialien (Multimaterialbauweise), die den Entwicklungsingenieur mit neuen Herausforderungen im Bereich der Entwicklung neuartiger Textilstrukturen hinsichtlich Design, Konstruktion, Herstellungsprozess, Verbindungstechniken und physikalischer Eigenschaften wie z.B. der Wärmeleitfähigkeit konfrontiert. Ein sehr gutes Beispiel hierfür ist die auf einem Naturfaser-Composite basierende Türverkleidung der CLS-Klasse von Mercedes (Bild 1).
Neben der intrinsischen Materialoptimierung ist auch eine extrinsische Veredelung in Form von Beschichtungen zur z.B. Reibungsverminderung (Verschleißreduktion), Vermeidung von Anhaftungen, angenehmerer Haptik, etc. möglich.
Parallel zum kunststofftechnischen Ansatz wird sich mit der Erforschung, Entwicklung und Optimierung von metallischen Werkstoffen befasst. Dabei sind neben dem Werkstoff und Werkstoffzustand eine Reihe anderer Einflüsse zu berücksichtigen. Das gilt insbesondere für häufig zyklisch beanspruchte Bauteile. Fertigungsprozess-Gefüge-Eigenschaftsbeziehungen liefern das notwendige Verständnis für das Werkstoff- und Bauteilverhalten sowie die Fähigkeit gezielter Bauteilentwicklung. Schwingungsbelastete Leichtbauteile werden deshalb heute unter Berücksichtigung von Einflussparametern der Beanspruchung, der Bauteilgeometrie, der Fertigungszustände, des Werkstoffs und Werkstoffzustandes, Kerbwirkungen, Lärmentwicklung und unerwünschten Vibrationen sowie der Herstellkosten optimiert. Beispielsweise lässt sich durch geeignet erzeugte Oberflächeneigenspannungen bzw. Eigenspannungssysteme das Ermüdungsverhalten metallischer Werkstoffe erheblich verbessern.