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LEICHTBAU

H .IN ESSEN

P ,OTENZIALE

P ,ROJEKTE

A .KTEURE

86

Projektträger:

Wirtschaftsförderer für Hessen

INHALT

Kapitel 6

FörderprogrammeLeichtbaupotenziale umsetzen –Förderoptionen für F&E-Projekte

6.1 Förderaktivitäten des Landes Hessen- Neues Programm: Modellhafte F&E-

Vorhaben- Weitere Förderangebote: LOEWE-

Förderlinie 3, Elektromobilität,Logistik und Mobilität

- Neues Programm: Investitions-förderprogramm PIUS-Invest

- Innovationskredit Hessen

6.2 Initiativen und Förderaktivitäten desBundes

- Initiative Leichtbau - Nationaleund internationale Plattform für denLeichtbau in Deutschland

- BMBF fördert Leichtbau-Innovationen

Kapitel 7

Kompetenzprofile

Kapitel 8

Netzwerke und Verbände im Leichtbau

7.1 Regionale Netzwerke7.2 Überregionale Vereinigungen

Technologieland Hessen

Impressum

Vorwort

Kapitel 1

Was ist Leichtbau undwarum nutzt man ihn?

Kapitel 2

Was beeinflusst den Leichtbauund welche Formen gibt es?

Kapitel 3

Leichtbau im Spannungsfelddes Marktes

Kapitel 4

Vom intelligenten zumerfolgreichen Leichtbau –eine Frage der Kompetenz

4.1 Kombination vonLeichtbaumethoden

4.2 Auf Dimensionierung undKnow-how kommt es an

4.3 Leichtbau im Fokus dergesamten Wertschöpfungskette

Kapitel 5

Potenziale des Leichtbausin Hessen

5.1 Die Struktur des Leichtbaumarkts5.2 Potenziale der

hessischen Industrie- Leichtbau – Indikator für

Umsatzstärke und Wachstum- Gehäufte Kompetenzen

in Südhessen- Innovative Leichtbaubranchen

im Fokus

5.3 Potenziale derhessischen Forschung

- Leichtbaukompetenzen inganz Hessen

- Hohes Vernetzungspotenzial vonWissenschaft und Industrie

24–27

24–25

26–27

28–75

76–82

76–7980–82

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„Leichtbau bietet viele Ansätze für den Weg ineine nachhaltige Zukunft. Als Technologie ist eraber alles andere als leicht. Gut, dass es im Hoch-technologieland Hessen große Kompetenzenauf diesem Gebiet gibt.“

Tarek Al-WazirHessischer Minister für Wirtschaft, Energie,Verkehr und Landesentwicklung

1

VORWORT

Leichtere Fahrzeuge brauchen weniger Treibstoff,filigranere Konstruktionen weniger Material. Bei einemPassagierflugzeug wie dem A320 bedeutet eineMinderung des Eigengewichts um 100 Kilogramm eineEinsparung von rund 10.000 Litern Kerosin pro Jahr.Kein Wunder, dass Luftfahrt, Automobilbau undTransportgewerbe die großen Innovationstreiber imLeichtbau sind. Aber auch im Bauwesen, in der Medizinund anderen Branchen wird er immer bedeutsamer.Denn der Leichtbau bietet viele Ansätze für den Weg ineine nachhaltige Zukunft.

Mit Leichtigkeit in die Zukunft

Er ist jedoch auch eine technologische Herausforde-rung. Um leicht zu bauen, genügt es nicht, den Werkstoffauszutauschen. Schließlich hängt die Stabilität einesProdukts auch davon ab, wie Lasten verteilt sind undwelche Funktionen zu erfüllen sind. Dieses komplexeZusammenspiel erfordert großes Know-how.

Hessen kann Leichtbau

Die gute Nachricht: Im Hochtechnologieland Hessensind wir dafür gut aufgestellt. Wir haben mehrereHundert Unternehmen mit etablierten Leichtbautechno-logien und 27 Forschungsinstitute mit ausgeprägterLeichtbaukompetenz. Wissenschaft und Industrie sindhochgradig vernetzt, und unter der Dachmarke „Tech-nologieland Hessen“ bietet das Land attraktive Förder-möglichkeiten an.

Nutzen Sie diese Broschüre, um sich über die vielfältigenPotenziale des Leichtbaus in Hessen zu informieren,neue Ideen zu gewinnen und sich zu vernetzen.

Wir freuen uns auch auf Ihre Anregungen, um Siebestmöglich auf Ihrem Weg begleiten zu können.

„Der schöne Geist trägt das Gewichtige leicht“, schriebeinst Friedrich Schiller. In diesem Sinne wünsche ichIhnen eine geistreiche und inspirierende Lektüre.

Ihr

Hessischer Minister für Wirtschaft, Energie,Verkehr und Landesentwicklung

2

Was haben eine gotische Kathedrale, die Luftschiffedes Ferdinand von Zeppelin und ein Airbus A380gemeinsam?

Sie alle sind herausragende Leichtbaukonstruktionen,die über den Stand der damals aktuellen Technik weithinausweisen. Alle drei Beispiele verdeutlichen dieepochenübergreifende Bedeutung des Leichtbaus undstellen zugleich Meilensteine der methodischen Heran-gehensweise, der Werkzeugentwicklung und der darausentstandenen neuen Technologien und Geschäftsfelderdar.

Leichtbau versteht sich als eine Produktentwicklungs-kompetenz: Er umfasst den gesamten Lebenszykluseines Produktes, von der Idee über die Materialwahl biszum fertigen Teil. Aus Sicht des Ingenieurs ist Leichtbaudie Herausforderung, „das Gewichtsminimum desGanzen zu erzielen“, wie Heinrich Hertel im Standard-werk Leichtbau formuliert hat. „Was nur dadurch zuerreichen ist, dass jedes Einzelteil nur ein Minimum anGewicht erfordert oder zum Minimum einer größerenEinheit optimal beiträgt.“1

Leichtbau bedeutet minimales Eigengewicht bei2

gegebener Funktionalität. Solange die Bauteilkostennicht anwachsen und Eignung oder Funktion desBauteils nicht gemindert werden, muss diese Idee imGrunde nicht weiter für ihre Umsetzung werben. HöhereKosten sind allerdings erst gerechtfertigt, wenn derLeichtbau andere Einsparungen oder Vorteile bringt.3

Gründe hierfür können nach Niemann sein:

� Andere Bauteile können beachtlich entlastet undentsprechend leichter gestaltet werden.

� Die Gewichtsreduktion ermöglicht eine größereNutzlast bei gleichem Gesamtgewicht (Transport-fahrzeug).

� Laufende, variable und gegebenenfalls fixeBetriebskosten können verringert werden (zumBeispiel bei Flugzeugen, Fahrzeugen und be-wegten Maschinen).

� Die Bedienung oder Beförderung wird erleichtert(zum Beispiel Reisegepäck, Haushalts- und Sport-geräte, Verpackung und Elektronik).

� Eine Konstruktion wird durch den Leichtbauüberhaupt erst möglich (zum Beispiel bei Wind-kraft, Brückenbau, Luft- und Raumfahrt).

� Steuerliche Vorteile sind durch eine bessereÖkobilanz realisierbar (zum Beispiel, wenn derCO -Ausstoß durch einen geringeren Kraftstoff-2

verbrauch sinkt).

Diese Einsparungen gehören zu den Potenzialen desLeichtbaus und können – je nach Einsatzfeld – für einUnternehmen wichtige Wettbewerbsvorteile bieten.

W LAS IST EICHTBAU?UND WARUM NUTZT MAN IHN

1

1 Heinrich Hertel: Leichtbau, ISBN 3-540-09765-1,Springer-Verlag 19802 Minimales Eigengewicht kann hier auch in Form von Ressourcen-

schonung gedacht werden.3 Gustav Niemann: Maschinenelemente, ISBN 3-540-06809-0,Springer

Verlag 1981

3

1

4

W LAS BEEINFLUSST DEN EICHTBAUF ?UND WELCHE ORMEN GIBT ES

2

5

Gewicht

Kosten

Funktion (*)

Die Strukturmechanik beschreibt den Leichtbau als eineOptimierungsart, die Gewichtsminderung zu akzepta-blen Kosten realisiert und zugleich Funktionen wiehinreichende Steifigkeit und Festigkeit berücksichtigt.

Der Leichtbau bewegt sich im Spannungsfeld vonFunktion, Gewicht und Kosten. Je nach gewünschtermechanischer Funktion eines Bauteils müssen geeig-nete Werkstoffe und Parameter wie Geometrie undBauweise definiert werden. Sie gewährleisten, dass dieentwickelten Bauteile und Konstruktionen ihre Funk-tionen über die gesamte Einsatzdauer hinweg sichererfüllen können.4

Faktoren wie die Steifigkeit einer Konstruktion werdendurch Entwurfsparameter bestimmt, darunter die Mate-rialwahl, Formgebung und Bauweise. Indirekt wirken5

auch die entstehenden Kosten auf diese Faktoren ein.

Darüber hinaus erfordert eine hinreichende Festigkeiteine materialgerechte Bauteilauslegung, die dem Standder Technik entspricht. Die Auslegung berücksichtigt dieWerkstoffe, die konstruktive Formgebung und diejeweiligen mechanischen Belastungen. Außerdem be-zieht sie Umweltbedingungen wie Temperatur, Feuchteund Medien ein.6

Wie hoch der vertretbare Optimierungsgrad des je-weiligen Bauteils ist, hängt ab vom Zeit- und Kosten-aufwand während des Auslegungsprozesses, von denAufwendungen für Material und Bauweise sowie vomgewählten Produktionsprozess.

(*) Funktion wie z. B.: Statische unddynamische Steifigkeit & Festigkeit,Crash- & Deformationsverhalten,Energieabsorption

Abbildung 1: Spannungsfelder desLeichtbaus in der Konstruktion(nach Fraunhofer LBF)

Büter unterteilt die verschiedenen Formen des Leicht-6

baus nach Optimierungsschwerpunkten:

� Anforderungsleichtbau bedeutet die Beschrän-kung auf wirklich notwendige Anforderungen.Bei den Lasten müssen dafür zum BeispielLasthöhe, Laststreuung und die Auftretenshäufig-keit genau bekannt sein. Für die Auslegung einesBauteils gilt: Je genauer die Lasten und dieTragfähigkeit der Konstruktion bekannt sind,desto leichter wird das Bauteil (BetriebsfesterLeichtbau).

� Beim Material- oder Werkstoffleichtbau steht dieOptimierung von Materialien (Substitution) imMittelpunkt. Hier kommen die gewichtsbezo-genen Materialeigenschaften und eine werkstoff-gerechte beziehungsweise prozessgerechteAuslegung zum Tragen.7

2

4 Andreas Büter: Immer ein ökonomischer Kompromiss: Leichtbau,S.56 ff., Internationales Verkehrswesen (64) 2 /2012

5 Die Bauweise beschreibt hier die festgelegte Anordnung von last-tragenden Konstruktionselementen.

6 Andreas Büter: Immer ein ökonomischer Kompromiss: Leichtbau,S.56 ff., Internationales Verkehrswesen (64) 2 /2012

7 Der Fertigungsprozess beeinflusst die lokalen Materialeigenschaften.Durch eine „integrative Simulation“ kann das berücksichtigt werden.

Abhängig von den gewünschten, im Auslegungsprozessermittelten Anforderungen an das Material, stehenverschiedene Materialklassen mit unterschiedlichen,dichtebezogenen mechanischen Eigenschaften zurVerfügung (Abbildung 2).

Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) eignen sich besondersfür große, schlanke, dünnwandige Strukturen mit ehereinfachen Geometrien (wie Schalen, Drucktanks undStäbe/Balken). Für Bauteile mit einer komplexen Form-gebung sind besonders Metalle oder kurz- und lang-faserverstärkte Kunststoffe geeignet.

Gerade die Kombination verschiedener Werkstoffe ineinem Bauteil (Materialhybride) ermöglicht es demKonstrukteur, gezielt verschiedene Materialeigen-schaften zu nutzen. Dabei folgt er dem Prinzip: Dasrichtige Material an der richtigen Stelle.

Der Einsatz von Materialhybriden ist aber mit neuenHerausforderungen verbunden. Konstrukteure müssenunter anderem geeignete Fügeverfahren wählen, dasspätere Recycling (Trennen der Materialien) einbeziehenund die Begünstigung von Korrosionsprozessen(Elektrolyse) beachten. Sie müssen auch die Gefahr derRissbildung durch Eigenspannungen berücksichtigen,die aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnungs-koeffizienten entstehen.

Ein Beispiel für Hybrid-Leichtbau zeigt Abbildung 3: DasEU-Projekt „epsilon“ entwickelte eine Leichtbauhinter-achse in CFK-Metall-Hybridbauweise, deren Gewichtgegenüber einer reinen Metallachse um circa 35 Prozentreduziert werden konnte.

Gütekennzahlen beschreiben die allgemeineLeichtbaueignung durch spezifische Werte

Abbildung 2: Auf Aluminium bezogene dichtespezifische Eigenschaften verschiedener Materialien.Größere Zahlenwerte bedeuten ein größeres Leichtbaupotenzial.

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6

Eigenschaft

Statische Festigkeit (Zug)

Längssteifigkeit

Knicksteifigkeit (Stab)

Beul- & Biegesteifigkeit (Platte)

Elastisches Arbeitsvermögen

Schwingfestigkeit (R=-1, Kt=2,5)

Al-Leg.

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

Magnesium

0,81

0,82

1,12

1,24

0,79

1,67

Stahl

1,19

1,00

0,58

0,49

1,43

1,36

CFK

5,39

1,60

1,57

1,56

18,15

8,59

Thermoplast

1,19

0,27

0,73

1,00

5,17

1,27

Gütekennzahl

�

�zul

�

E

�

E

�

3E

��

�

E

2

�

�a

Holz (Kiefer)

1,40

0,60

1,61

2,24

3,23

3,38*

* ohne Kerbe (Kt=1)

2

Abbildung 3: Durch die im EU-Projekt „epsilon“ entwickelte Leichtbau-Hybrid-Hinterachse aus Metall und carbonfaserverstärktemKunststoff (CFK) konnte das Gewicht um rund 35 Prozent reduziert werden. (Bild: Fraunhofer LBF)

1: Mittelteil2: Kontaktelement am Zentralgelenk (Metall)3: Verbindungselement zwischen Mittelteil und Seitenteil4: Seitenteil (Metall)5: Radträger (Metall)6: Halterung von Watt-Gestänge (Metall)

1

2

3

4

5

6

� Der Formleichtbau hat das Ziel, die optimaleForm für ein Bauteil oder die optimale Bauweisefür ein Struktursystem zu finden. Formgebungund Anordnung von lasttragenden Konstruk-tionselementen bestimmen stark die Steifigkeiteiner Struktur oder eines Struktursystems. Mehrund mehr greift man bei der sogenanntenTopologieoptimierung auf bionische Prinzipienzurück. In der Bionik steht die Natur bei derLösung technischer Herausforderungen Pate. Sieliefert viele Ansätze, dank derer die Fähigkeitoptimiert werden kann, Lasten zu tragen. Die zurVerfügung stehenden Fertigungstechniken be-stimmen, ob und wie Formleichtbau realisiertwerden kann. Daher ist die Formoptimierung festmit dem Fertigungsleichtbau verknüpft.

Durch die Möglichkeiten der additiven Fertigunggewinnt die Anwendung bionischer Prinzipienbei der Gestaltung zunehmend an Bedeutung.Ein Beispiel ist das Konzeptfahrzeug der EDAGAG, dessen lasttragende Struktur bionisch opti-miert und additiv gefertigt wurde.

2

Publikationen zur Bionik und Additiven Fertigungfinden Sie auf www.technologieland-hessen.de

Abbildung 4: Die Natur in Form eines Schildkrötenpanzersstand Pate bei der Entwicklung des Konzeptfahrzeuges EDAGSoulmate (2016). (Bild: EDAG Engineering GmbH)

6 7

8

� Der Fertigungsleichtbau orientiert sich bei Opti-mierungen an den Erfordernissen einer qualitativhochwertigen Fertigung. Die verfügbaren Ferti-gungs- und Fügetechniken legen fest, ob einegewünschte Form realisierbar ist. Außerdembestimmen sie über die lokalen Materialeigen-schaften des Bauteils sowie über Qualität undTragfähigkeit der Struktur. Das Ziel ist, jenesFertigungs- und Fügeverfahren zu wählen, mitdem sich kostengünstig die gewünschte ge-wichtsoptimale Form bei maximaler Tragfähigkeitrealisieren lässt. Die Qualität kann dabei überzerstörungsfreie und zerstörende Prüfverfahrenquantifiziert werden. Eine werkzeug- undprozessgerechte Konstruktion reduziert die Ferti-gungskosten, die ein wichtiges Entscheidungs-kriterium für die Umsetzung der Leichtbau-optimierung darstellen.

� Der Funktionsintegrierte Leichtbau ist eineSonderform des Leichtbaus, der verschiedeneFunktionen in ein Bauteil integriert und so Ge-wicht spart. Funktionsintegration meint hier dieZusammenfassung mehrerer passiver, aktiveroder sensorischer Funktionen in einem Bauteil.Die Integration erfolgt idealerweise in einerVerschmelzbauweise , wird also bereits bei der8

Auslegung berücksichtigt. Das Bauteil selbst wirddadurch komplexer, die Anzahl der Bauteile inder Konstruktion aber geringer. Auf der System-ebene spart die Funktionsintegration Kosten,Montageaufwand, Bauraum und Gewicht.

Ein treffendes Beispiel ist das Faserverbund-Rotorblattdes Airbus Helicopters H135. Drehlager, Schlag- undSchwenkgelenke wurden als Festkörpergelenke in eineverwindungsweiche Rotorblattwurzel aus Faser-Kunst-stoff-Verbund integriert. Durch diese Maßnahme wurdeder Rotorkopf des H135 leichter und mit bessererAerodynamik realisiert.

Abbildung 5: Leichtbau durch Funktionsintegration – Lager-und gelenkloser Rotor des Airbus Hubschraubers H135(vormals EC135, unten) im Vergleich zum voll gelenkigen Rotor.(Bild oben: „Airbus“)

(Bild: Burkhard Domke)

8 Verschmelzbauweise: integrierende Bauweise aus verbundenenEinzelelementen. Die Strukturkomponenten werden zwar auch auseiner großen Zahl von Einzelteilen zusammengebaut, die Verbindungerfolgt jedoch so, dass für das fertige Teil durch das Fügen keinerleioder wenige Nachteile in Form von Kerbwirkung oder Vorspannungenentstehen.

2

9

2

10

3 L SEICHTBAU IM PANNUNGSFELDMDES ARKTES

Erwägt ein Unternehmen in den Leichtbau einzu-steigen, sind die Kosten stets das größte Hemmnis.Optimierungen sind häufig mit höheren Entwicklungs-kosten verbunden,denn sie führen zu komplexeren Geo-metrien und höheren Ausgaben in der Fertigung. Alleentstandenen Kosten müssen sich aber letztlich beimVerkauf eines Produktes wieder erwirtschaften lassen.Ein Unternehmen muss sich daher fragen: Wie viel mehrist der Kunde bereit, für ein leichteres Produkt zu zahlen?Diese grundlegende Frage erzeugt ein Spannungsfeldzwischen Technologie, Kosten und Ressourceneffizienz,das bei der Entscheidung überwunden werden muss.

� Technologie umfasst in diesem Zusammenhangdas spezielle Know-how bei der Entwicklungs-methodik (Konstruktions- und Auslegungs-9

methode), beim Material und bei den Ferti-10

gungsverfahren .11

Das bestätigt auch die Bedeutung des aktuellenTrendthemas Industrie 4.0. Expertenwissen undder technische Innovationsgrad sind wichtigeAspekte der Technologie. Sie entscheiden da-rüber, ob und wie Leichtbau realisiert werdenkann. Damit sichern sie den technischen Vor-sprung und die Wettbewerbsfähigkeit einesUnternehmens.

� Die Kosten umfassen in diesem ZusammenhangAufwendungen wie Material-, Entwicklungs-,Investitions- und Personalkosten. Ihnen gegen-über steht das Image . Es definiert sich über das12

Design oder den Nutzen des Produktes sowieüber den Status der Herstellermarke.Das Image erzeugt beim Kunden eine ideal-typische Vorstellung des Produktes, die imOptimalfall den Anreiz schafft, mehr dafür zu

zahlen. Das Image von CarbonfaserverstärkteKunststoffe (CFK) definiert sich beispielsweisedurch den Nutzen, besonders leicht zu sein. Wiein anderen Bereichen gilt auch für den Leichtbau:Die Kosten müssen in Relation zur Vermarkt-barkeit des Produktes stehen. Entscheidet sichein Unternehmen für Investitionen in den Leicht-bau, muss sich das über den höheren Verkaufs-preis rentieren.

� Ressourceneffizienz meint einerseits den quali-tativen Kundenutzen durch Leichtbau, zu demhöhere Nutzlasten, leichtere Bedienung oder ver-ringerter CO -Ausstoß zählen. Auf der anderen2

Seite entspricht Ressourceneffizienz der gesell-schaftlichen und politischen Forderung nacheinem verantwortungsvollen Umgang mit Res-sourcen wie Energie und Materialien. Deshalbspielt hier auch eine gute Recyclierbarkeit einewichtige Rolle (Abbildung 7).

9 Beispiele: bionische Auslegungsmethoden, Integrative Simulation,Adaptronik

10 Beispiele: Faserverbundwerkstoffe,Nanotechnologie11 Beispiel: Additive Fertigungsverfahren12 Beispiel: Made in Germany

Durch den Marketingansatz „Technische Perfor-mance sichtbar machen“ oder „Leichtbau mitDesign“ steht der eigentliche Leichtbau nicht imVordergrund. Design, optische Performance be-einflussen hier Kaufentscheidungen stärker alsGewicht oder ökonomischer Nutzen.Bei Sportwagen sind Kunden bereit, beispielsweisefür CFK („Sichtcarbon“) im Bereich des Armaturen-brettes oder der Auspuffanlage, für PKW-Tür-verkleidungen aus CFK-Gewebe, einen höherenPreis zu bezahlen.

11

3

Abbildung 6: Leichtbau imSpannungsfeld von Technologie,Kosten und Ressourceneffizienz

Ressourcen-effizienz

Kosten

Leichtbau

Preisbereitschaft

Akzeptanzam Markt

Marktführerschaftdurch Technologie-vorsprung

Der Lebenszyklus umfasst alle Existenzphasen desProduktes, von der Idee bis zur Entsorgung. Vor diesemHintergrund wird deutlich, welche wichtige Rolle dieTechnologie für den Leichtbau spielt: Angepasste Ferti-gungsverfahren erschließen Leichtbaupotenziale undangepasste Auslegungsverfahren optimieren dasDesign. Beides kann zu Beginn des Lebenszyklus einenerhöhten Ressourceneinsatz erfordern, führt dafür aberdank der Gewichtsreduktion in der Nutzungsphase zuEnergieeinsparungen. Schon im Konstruktionsprozessbeeinflussen Materialwahl und Montage die Recycle-barkeit sowie den Aufwand, der für das Recycling be-trieben werden muss (design for recycling).

Jedes Material hat seine Besonderheiten. Deshalbmüssen die Entwickler einerseits an den richtigen Stellenrichtige Materialien und geeignete Verbindungs-techniken verwenden. Andererseits müssen sie einenKompromiss für die sogenannten Multi-Material-systeme finden. Sie gelten als schwer recyclebar, weil14

ihre verschiedenen Materialien getrennt werdenmüssen. Der Nutzen sollte dabei im Verhältnis zumRessourceneinsatz immer so hoch sein, dass es über denLebenszyklus hinweg zu einer Ressourceneinsparungkommt.

Abbildung 7: Leichtbau im Lebenszyklus – der erforderlicheRessourceneinsatz verschiedener Konstruktionen13

Konventionelles Design

Optimiertes material-gerechtes Design

RecyclingGebrauchFertigung

KlassischeVerfahren

RecyclingGebrauchFertigung

Moderne Verfahren fürneue Werkstoffsysteme

Ressourcen-

einsparung

Leichtbaugrad

Auf RecyclingoptimierteKonstruktion

13 Andreas Büter: Leicht Konstruieren, S.18, K-Magazin 1/201714 Multi-Materialsysteme bestehen aus mehreren Materialien, zum

Beispiel Stahlbeton.

12

4

Um alle Potenziale zu erschließen, betrachtet Leichtbauden gesamten Produktentwicklungsprozess undvernetzt die erforderlichen Kompetenzen, indem er alleExperten zusammenbringt, die zur Lösung eines Pro-blems nötig sind. Nach Heinrich Hertels Definition fürLeichtbau ist das Gewichtsminimum des Ganzen dann zuerzielen, wenn jedes Bauteil nur ein Minimum anGewicht erfordert .Um dieses Vorhaben erfolgreich um-15

zusetzen, muss jeder Prozessschritt in die Optimierungs-methoden einbezogen werden und optimal zu diesemMinimum beitragen. Die Weiterentwicklung von Kon-struktions- und Berechnungsverfahren, die Erprobungneuer Fertigungsverfahren und die Anpassung vonPrüfmethoden schaffen so immer neue Möglichkeiten,Leichtbaupotenziale zu erschließen.16

4.1 Kombination von Leichtbaumethoden

Häufig werden Leichtbaupotenziale nicht voll aus-geschöpft, weil im Entwicklungsprozess nicht das Ganze,sondern lediglich einzelne Optimierungsaspekte imFokus stehen. Beispielsweise werden vorwiegend Ma-terialsubstitute eingesetzt, um Gewicht zu minimieren.Das greift allerdings zu kurz: Ein werkstoffgerechter,intelligenter Leichtbau legt bei der Konstruktion undAuslegung experimentell verifizierte Materialdatenzugrunde. Er berücksichtigt neben Fertigungs- undMontageanforderungen auch das Recycling. Die Inte-16

gration von zusätzlichen Funktionen in ein Bauteil ist einentsprechender Lösungsansatz (Beispiel siehe Seite 8,Abbildung 5). Er findet zunehmend in der Praxis An-wendung, da er den Montageaufwand reduziert und dasdamit verbundene Gewicht einspart.

In Zukunft muss intelligenter Leichtbau stets übergesicherte Lastdaten verfügen und die wirklich not-wendigen Anforderungen kennen.Auf dieser Basis musser Form und Material der Struktur so berechnen, dass einBauteil seine Funktionen erfüllt und zu den gewünschtenKosten hergestellt und montiert werden kann. DiesesVorgehen wird als Material- und Formleichtbau be-zeichnet. Das gewählte Fertigungsverfahren sollte in der

Lage sein, ein passgenaues Bauteil in der gewünschtenMenge und Qualität sowie zum gewünschten Preis zufertigen (Fertigungsleichtbau).16

Die additive Fertigung schafft hierbei neue Möglich-keiten, um auch komplex geformte Bauteile zu reali-sieren – wie sie etwa durch eine bionische Optimierung17

entstehen. Auch Teile aus Leichtbaumaterialien wieTitan, die mit herkömmlichen Verfahren sehr aufwendigherzustellen sind, lassen sich in additiver Fertigunggünstiger produzieren.

4.2 Auf Dimensionierung und Know-howkommt es an

Die Qualität eines Bauteils bestimmt den Erfolg einesLeichtbauvorhabens. Qualität definiert sich hierbei zumBeispiel nach dem Zeitpunkt, zu dem ein Bauteil seineFunktion nicht mehr richtig erfüllen kann oder voll-ständig versagt. Wann dieser Zeitpunkt eintritt, ergibtsich bei Faktoren wie Festigkeit und Steifigkeit aus derMaterial- und Fertigungsstreuung.

Diese Streuungen werden bei der rechnerischen Aus-legung eines Bauteils über einen so genannten Sicher-heitsfaktor berücksichtigt. Je kleiner die Streuungen,also die Abweichungen vom Sollwert, desto kleiner fälltder Sicherheitsfaktor aus. Je kleiner der Sicherheits-faktor ist, desto geringer kann wiederum die Wand- oderMaterialstärke am Bauteil sein, ohne dessen Festigkeit zubeeinträchtigen.

VOM INTELLIGENTEN ZUML –ERFOLGREICHEN EICHTBAU

F KEINE RAGE DER OMPETENZ

15 Heinrich Hertel: Leichtbau, ISBN 3-540-09765-1,Springer-Verlag 198016 Andreas Büter: Leicht Konstruieren,S.18,K-Magazin 1/201717 Bionische Optimierung bezeichnet die strukturmechanische Opti-

mierung technischer Bauteile mit Hilfe biologischer Wachstums-gesetze. (VDI 6224 Blatt 2, 2012)

13

Für Primärkomponenten (Sicherheitsbauteile) reicht diereine rechnerische Auslegung allerdings häufig nichtaus. Die Ausfallwahrscheinlichkeit eines Bauteils mussexperimentell nachgewiesen werden. Diese Nachweis-versuche gehören bei derartigen Bauteilen zum Produkt-entwicklungsprozess. Gerade bei Kunststoffbauteilensind sie zum Nachweis der Schadenstoleranz stark mitStrukturüberwachungskonzepten verknüpft. IntegrierteLast- und Strukturüberwachungssysteme (StructuralHealth Monitoring, SHM) helfen dabei, Betriebslastenund Schädigungen im laufenden Betrieb zu detektieren.So können unzulässige Veränderungen rechtzeitigerfasst und geschädigte Strukturkomponenten repariertoder ausgetauscht werden.16

Wie dargestellt, hat die prozessbedingte Fertigungs-qualität einen direkten Einfluss auf den Leichtbau.Beispielsweise müssen bei der Dimensionierung un-gewollte Dickenschwankungen, schlechte Oberflächen-qualitäten oder Porenbildung berücksichtigt werden.

4

Eine Fertigungsüberwachung durch In-Line-Monitoringreduziert die Fertigungsstreuung, zum Beispiel indemsie sensorische Systeme in den Fertigungsprozessintegriert. Das zeigt, dass auch die Industrie 4.0 einenpositiven Beitrag zum Leichtbau leisten kann. Sie schafftdie Grundlage für eine transparente Datenplattform, mitder sich frühzeitig gesicherte Materialdaten und derenStreuung bereitstellen lassen. Eine solche Plattform sollder Materials Data Space bieten, den der Fraunhofer-Verbund MATERIALS derzeit entwickelt. Damit könnenkünftige Leichtbauvorhaben antizipieren, welcheMaterialien einsetzbar sind, und so die Qualität derBauteilbemessung steigern.16

Hieraus wird deutlich, dass intelligenter Leichtbau einegute Vernetzung und den konstruktiven Austauschverschiedener Akteure und Wissensträger voraussetzt.

18 Wenn Sie sich einbringen, können Sie auch gefunden werden.

Um Leichtbau-Experten besser zu vernetzen,hat das Bundesministerium für Wirtschaft undEnergie zusammen mit Partnern eine Internet-datenbank entwickelt .(www.leichtbauatlas.de)Sie ermöglicht den Nutzern der Datenbank,passende Kompetenzen zu finden und selbstgefunden zu werden.

Unter findenhttps://go.leichtbauatlas.de/de/HESie Leichtbaukompetenzen in und um Hessen.18

Airbus S.A.S. 2012(Bild: W. Schroll)

www.leichtbauatlas.de

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4.3 Leichtbau im Fokus der gesamtenWertschöpfungskette

Erfolgreich kann letztlich nur ein marktfähiges Produktsein. Diesen Weg beim Leichtbau zu beschreiten, ist einestrategische Entscheidung, bei der Kosten und Nutzenabzuwägen sind. Dabei sollte berücksichtigt werden,dass ein solcher Know-how-Aufbau die Wettbewerbs-fähigkeit steigert.

Neben den verschiedenen Leichtbaubranchen gibt esauch Leichtbau-Forschung, in der man zwischen Grund-lagenforschung und angewandter Forschung unter-19 20

scheidet. Forschung und Lehre spielen eine Schlüssel-rolle für die Leichtbaubranchen in Hessen.Als Lehr- und Ausbildungsstätten für Nachwuchsingeni-eure und -wissenschaftler stellen sie die zukünftigenFachkräfte für deutsche und hessische Unternehmenbereit. Als Forschungseinrichtungen widmen sie sichaktuellen Problemstellungen. Oft entwickeln sie in Ko-operation mit Industrieunternehmen vorhandeneTechnologien weiter, erschließen neue Betätigungs-felder und schaffen somit Wachstum für das Hoch-lohnland Deutschland, das zunehmend globalemWettbewerb ausgesetzt ist.

Die Forschung findet in der Regel an Hochschulen undUniversitäten, in Großforschungseinrichtungen oder beiForschungsdienstleistern statt. Es lassen sich in derForschung drei Ebenen unterscheiden:

� Die Grundlagenforschung zeigt auf, was möglichist. Sie erarbeitet inspirierende Lösungen fürzukünftige Probleme und Herausforderungenund weist auf aktuelle Grenzen hin. Bei derGrundlagenforschung stehen Idee und neueTechnologie noch ganz am Anfang: Das Ent-wicklungsrisiko ist vergleichsweise hoch und derWeg zum Produkt noch weit. Meistens hält dieserUmstand Industrieunternehmen davon ab, in derGrundlagenforschung aktiv zu werden. Dennochist dieser Forschungsbereich sehr wichtig, da er

4

neue Anwendungsfelder erschließt und den Wegzu innovativen Lösungen ebnet. Unternehmen,die das Risiko eingehen, können sich im Idealfalleinen Technologievorsprung erarbeiten.

� Die eher lösungsorientierte angewandte For-schung zeigt auf, wie Vorhaben konkret zu reali-sieren sind. Eventuell werden sogar schon erstePrototypen gefertigt. Die angewandte Forschungbeginnt mit einer Problemstellung, die an künf-tige Produkte oder Technologien gekoppelt ist.Eine Zusammenarbeit mit den Anwendern ausder Industrie ist daher besonders sinnvoll. DasEntwicklungsrisiko ist geringer als bei der Grund-lagenforschung, da die Möglichkeiten bereits imLabor demonstriert wurden. In dieser Phase gehtes darum, den Weg für ein neues Produkt zubereiten. Das motiviert innovative Industrie-unternehmen in der Regel, sich einzubringen undfinanziell zu beteiligen. Angewandte Forschungs-projekte sind das Gros der aktuellen Forschungs-aktivitäten.

� Die Produktentwicklung (industrielle Forschungund Entwicklung) ist der Weg bis zum vermarkt-baren Produkt. Diese Aufgabe übernimmt in derRegel die Industrie, die allerdings in Form vonAuftragsforschung häufig Unterstützung vonForschungseinrichtungen erhält. Leichtbau alsProduktentwicklungskompetenz ist wesentlicherTeil der industriellen Forschung. Der Erfolg desLeichtbaus und das Image Deutschlands alsHochtechnologiestandort hängen davon ab, dassunterschiedliche Akteure auf diesem Feld inter-agieren. Leichtbaumethoden müssen kontinu-ierlich weiterentwickelt und durch Grundlagen-forschung und angewandte Forschung realisiertwerden.

19 Grundlagenforschung:zum Beispiel Entwicklung bis zu einem Labordemonstrator

20 Angewandte Forschung:zum Beispiel Entwicklung vom Labordemonstrator bis zueinem ersten Prototyp

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4

Bild: HA Hessen Agentur GmbH – Jan Michael Hosan

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5.1 Die Struktur des Leichtbaumarkts

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Sys-temzuverlässigkeit LBF hat im Rahmen einer Studie dieLeichtbauaktivitäten der hessischen Unternehmens- undForschungslandschaft untersucht. Ziel der Studie war,bestehende Aktivitäten und künftige Potenziale in derQuerschnittstechnologie Leichtbau zu ermitteln. Zu denuntersuchten Leichtbauaktivitäten zählen in erster Liniediese drei Handlungsfelder:

� Methoden und Konstruktionsprinzipien

� Herstellung von Leichtbaumaterialien, zum Bei-spiel Faserverbundwerkstoffen, und Halbzeugen

� Herstellung von Maschinen: von deren Bear-beitung bis hin zur Fertigung von Bauteilen undProdukten, in denen Leichtbaumaterialien An-wendung finden.

Vor diesem Hintergrund lassen sich sowohl Angebotevon Unternehmen als auch Forschungseinrichtungen inspezifische Anbieter- und Anwenderbranchen für denLeichtbau unterteilen:

� Leichtbauanbieter sind alle Hersteller und Zu-lieferer, deren Materialien und Halbzeuge fürleichtgewichtige Komponenten und Endpro-dukte verwendet werden. Hierzu zählen auchMethoden und Werkzeuge, die der Entwicklungund Konstruktion von Leichtbauprodukten die-nen. Zu den wichtigsten Leichtbau-Anbieter-branchen in Hessen gehören die Chemie- undKunststoffindustrie, die Glas-, Keramik- und Bau-stoffindustrie sowie der Sektor der Ingenieur-dienstleister.

� Leichtbauanwender hingegen verarbeiten dieseMaterialien und Halbzeuge in ihren Produktenweiter. Oder sie wenden leichtbauspezifischeAuslegungs- und Konstruktionsprinzipien an, um

Produkte zu entwickeln. Zu den wichtigsten An-wenderbranchen in Hessen gehören der Trans-portsektor, insbesondere die Automobilbranche,der Luft- und Raumfahrtsektor, die Bau- undArchitekturbranche sowie die Medizintechnik.

1 Der Bereich Sicherheit und Verteidigung wurde aufgrund seineshohen Anwendungspotenzials sowie der intensiven F&E-Aktivitätenim Leichtbau zwar als hochrelevant erachtet. Er konnte jedoch in derweiteren Analyse nicht vertiefend betrachtet werden, da keineausreichenden Unternehmensinformationen vorlagen.

Die wichtigsten Leichtbau-Anbieterbranchenim Überblick:

1. Metalle und Metallwaren2. Gummi- und Kunststoffprodukte3. Glas,Keramik,Mineralien4. Textilien,Textilprodukte,

Leder,Lederprodukte5. Holz,Papier,Druckerzeugnisse6. Chemische Erzeugnisse7. Bergbau

Die wichtigsten Leichtbau-Anwenderbranchenim Überblick:

1. Transport (Luft- und Raumfahrt,Automobil,Schienenfahrzeuge,Schiffe,Sonstige)

2. Maschinen und Anlagen3. Baustoffe,Bauwesen4. Möbel,Haushaltswaren,Büroausstattung5. Energietechnik6. Elektrogeräte,elektronische und

optische Geräte7. Medizintechnik8. Pharmazeutische Erzeugnisse9. Erdöl und Raffinerie

10. Sicherheit und Verteidigung1

POTENZIALE DESLEICHTBAUS IN HESSEN

17

5

5.2 Potenziale der hessischen Industrie

Um die hessischen Unternehmen mit Leichtbauaktivitä-ten und zukünftiger Leichtbaurelevanz zu identifizieren,hat das Fraunhofer LBF auf verschiedene Unterneh-mensdatenbanken zurückgegriffen (u. a. Markus,Amadeus, Hoppenstedt). Die Analyse hat zunächstgezeigt, dass der Anteil der Leichtbauaktivitäten von derjeweiligen Unternehmensgröße abhängt: In der Gruppeder Unternehmen mit weniger als 20 Mitarbeiternfinden bislang kaum Leichtbauaktivitäten statt. Mitzunehmender Mitarbeiterzahl steigen auch das Angebotund die Anwendungen im Leichtbau deutlich an. Diewichtigste Rolle spielt der Leichtbau bei hessischenUnternehmen mit mehr als 250 Beschäftigten. In dieserGrößenordnung setzt heute schon mehr als ein Viertel

Abbildung 2: In den zehn umsatzstärksten Branchen Hessensspielen Leichtbauaktivitäten (blaue Balken) fast durchgehendeine wichtige Rolle.

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der Unternehmen Leichtbaumethoden ein (Anwender),stellt Leichtbaumaterialien beziehungsweise -teile her(Anbieter) oder verarbeitet diese weiter in Produkten(Anwender).

Leichtbau – Indikator für Umsatzstärke und Wachstum

Ein Blick auf die zehn umsatzstärksten Branchen desverarbeitenden Gewerbes in Hessen zeigt, dass derüberwiegende Teil auch zu den derzeit leichtbauaktivenBranchen zählt (Abbildung 2). An erster Stelle liegt diechemische Industrie mit fast 16 Milliarden Euro Jahres-umsatz. Bei den aufgeführten Branchen handelt es sichzudem um Wachstumsfelder, bei denen das Wachstumin Hessen in einigen Fällen sogar deutlich über demBundesdurchschnitt liegt.

Kassel

Marburg

Gießen

Bad Nauheim

Friedberg

Frankfurt

WiesbadenDarmstadt

Fulda

5

Gehäufte Kompetenzen in Südhessen

Ein regionaler Vergleich der hessischen Leichtbau-aktivitäten hat ergeben, dass die meisten Akteure imsüdhessischen Raum zu finden sind, vor allem imRegierungsbezirk Darmstadt (Abbildung 3). Auf An-bieterseite sind in Südhessen häufig Unternehmen derchemischen und der Kunststoffindustrie vertreten. AufAnwenderseite sind es primär Unternehmen aus denBereichen Maschinenbau,Elektrotechnik,Elektronik undOptik, dem Transportsektor und dem Zweig der Inge-nieurdienstleister.

In Nord- und Mittelhessen – vorrangig in den Regie-rungsbezirken Kassel und Gießen – liegt der Schwer-punkt bei Leichtbauanbietern in der Metall- undHolzverarbeitung. Auf der Anwenderseite stehen hierder Maschinenbau, die elektronische und optischeIndustrie sowie der Möbelbau im Vordergrund.

Abbildung 3: Die Grafik zeigt die regionale Verteilungder hessischen Leichtbauunternehmen in Hessen nachLandkreisen und Regierungsbezirken.

Waldeck-Frankenberg

Groß-Gerau

Darmstadt-Dieburg

Kassel

Fulda

Main-Taunus-Kreis

Lahn-Dill-Kreis

Frankfurt am Main

Main-Kinzig-Kreis

Offenbach

0 % 1 % 2 % 3 % 4 % 5 % 6 % 7 % 8 %

Darmstadt

Bergstraße

Wiesbaden

Hochtaunuskreis

Gießen

Limburg-Weilburg

Marburg-Biedenkopf

Wetteraukreis

Odenwaldkreis

Werra-Meißner-Kreis

Hersfeld-Rotenburg

Rheingau-Taunus-Kreis

Offenbach am Main

Schwalm-Eder-Kreis

Vogelsbergkreis

5

Innovative Leichtbaubranchen im Fokus

Die Studie hat gezeigt, dass die Anteile der leicht-bauaktiven Unternehmen auf Anwenderseite durch-schnittlich höher liegen als auf der Anbieterseite.Bezogen auf die Anzahl der Unternehmen besteht inHessen jedoch ein ausgeglichenes Verhältnis zwischenLeichtbauanbietern und -anwendern.

Der Transportsektor ist mit einem Anteil von fast 25Prozent leichtbauaktiver Unternehmen der umfang-reichste Leichtbausektor in Hessen. Er wird vor allemdurch die Automobilhersteller und ihre zahlreichenZulieferer bestimmt. Das liegt insbesondere an denBestrebungen, leichtere Fahrzeuge zu konstruieren undso Emissionen einzusparen. Auch vor dem Hintergrundder zunehmenden Elektromobilität spielt die Ge-wichtsreduktion eine wichtige Rolle. Demnach folgt diehessische Automobilbranche dem allgemeinenTechnologietrend und treibt innovative Leichtbau-entwicklungen voran.

Überdurchschnittliche Leichtbauaktivitäten zeigen sichauch im Maschinenbau, der Medizintechnik und derMöbelindustrie. Ähnlich wie im Transportsektor ist derLeichtbau auch im Maschinenbau ein wichtiges Thema.Auch hier geht es darum, den Energieumsatz zu opti-mieren und damit die Effizienz zu steigern. Ebensobedeutend ist das Angebot von Maschinen undWerkzeugen zur Bearbeitung von Leichtbaumaterialien.Der Maschinenbau ist daher eine der bedeutendstenWachstumsbranchen für den Leichtbau. Rund zehnProzent der hessischen Maschinenbauunternehmensind bereits heute mit Leichtbauthemen am Marktetabliert. Dabei besteht ein ausgewogenes Verhältniszwischen Leichtbauteilen, die in Maschinen angewendetwerden, und dem Angebot an Maschinen, mit denenLeichtbaumaterialien bearbeitet werden können.

Bei den Werkstoffen in der Medizintechnik ist Leichtbauein anhaltender Trend, vor allem bei Prothesen, Or-thesen und Mobilitätshilfen. Hinzu kommen verstärktLeichtbauteile für diagnostische Geräte in mobilenAnwendungen.

Im Möbelsektor ist Leichtbau noch ein Nischenthema,wird jedoch durch steigende Rohstoffpreise, wachsen-des Umweltbewusstsein und zunehmende Mobilitätpositiv beeinflusst.

Auf der Anbieterseite fällt vor allem die Chemieindustriedurch eine hohe Leichtbauaktivität auf. Sie stellt unteranderem chemischen Fasern und Kunststoffe her, diegrundlegende Materialien für Leichtbauteile sind. Da-rüber hinaus zählen zu diesem Sektor die „klassischen“Leichtbaugebiete: die Herstellung von Metallen undMetallwaren wie Aluminium oder Metallschäumen, dieGummi- und Kunststoffproduktion inklusive faser-verstärkter Kunststoffe sowie die Herstellung von Glas-und Keramikfasern.

Bei der Wirtschaftsleistung liegt Hessen in allen ge-nannten Branchen über dem Bundesdurchschnitt.Außerdem ist ein großes Potenzial für neue Entwick-lungen erkennbar, die die industrielle Nutzung vonLeichtbautechnologien weiter vorantreiben.

Im Dienstleistungssektor ist eine Gruppe besondershervorzuheben: die Ingenieurdienstleister. Hier liegendie Leichtbauaktivitäten primär in der Entwicklung undAnwendung von konstruktiven Leichtbaumethoden.Ingenieure stellen als Dienstleister auch ihr Know-howzur optimierten Materialauswahl und zur Anwendungvon neuen Materialien bereit. Darin liegt ebenfalls einhohes Entwicklungspotenzial, vor allem, wenn es um dieEntwicklung von Methoden und Konzepten für denkonstruktiven Leichtbau geht – etwa Simulationen.

18 19

20

5

5.3 Potenziale der hessischen Forschung

In der hessischen Wissenschaftslandschaft hat die Studiezahlreiche Einrichtungen identifiziert, die sich direkt undindirekt mit Leichtbau beschäftigen. Von den insgesamt35 Universitäten, Hochschulen und Berufsakademien inHessen beschäftigen sich neun mit dem Thema Leicht-bau. Innerhalb dieser Einrichtungen gibt es 26 Fach-gebiete beziehungsweise Institute, die leichtbau-relevante Themen bearbeiten. Darüber hinaus sind inHessen drei außeruniversitäre Forschungseinrichtungensowie sieben Kompetenzzentren und Cluster ansässig,die sich ebenfalls mit leichtbaubezogenen Themen be-schäftigen. Insgesamt wurden für die Analyse diezusammen 38 technischen Forschungs- und Lehr-einrichtungen hinsichtlich ihrer Kernkompetenzen näheruntersucht.

Ebenso wie die Unternehmenslandschaft lassen sichauch die hessischen Forschungseinrichtungen in An-bieter und Anwender von Leichtbauthemen unterteilen(Abbildung 4). Anbieter sind diejenigen Einrichtungen,die entlang der Wertschöpfungskette forschen und soihren Beitrag zum Leichtbauprodukt leisten.Anwender sind Einrichtungen, die Leichtbaumaterialienund -methoden entwickeln und nutzen. Abschließendwurden die Kernkompetenzen der Forschungseinrich-tungen einer Branche zugeordnet.

Luft- und Raumfahrt

Medizintechnik

Automotive

Elektro- und Informationstechnik

Maschinenbau

Bauingenieurwesen

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Anzahl der Einrichtungen

Anwender leichtbaurelevanter Kernkompetenzen an tech-nischen Lehr- und Forschungseinrichtungen in Hessen

Anbieter leichtbaurelevanter Kernkompetenzen an tech-nischen Lehr- und Forschungseinrichtungen in Hessen

Bionik

Chemie

Produktionstechnik

Umwelt, Energie, Ressourcen, Mobilität

Leichtbau

Konstruktionslehre/virtuelle Produktentwicklung

Materialwissenschaften und Werkstoffkunde

Kunststofftechnik

0 10 20 30 40

Anzahl der Einrichtungen

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Bild: HA Hessen Agentur GmbH – Jan Michael Hosan

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Leichtbaukompetenzen in ganz Hessen

Bei der regionalen Verteilung der Leichtbaukompe-tenzen ergibt sich eine Struktur, die dem industriellenBereich ähnelt: So sind in Südhessen zu großen TeilenLeichtbauanbieter vertreten: von allgemeinen Material-wissenschaften über Kunststofftechnik bis Bionik.Auf der Anwenderseite sind es vor allem Forschungs-einrichtungen mit Schwerpunkten im Maschinenbau,der Elektro- und Informationstechnik oder dem Bau-ingenieurswesen. Trotz der Fokussierung auf den süd-hessischen Raum hat sich gezeigt, dass hessenweitausgeprägte Fachkompetenzen für die verschiedenenSchwerpunkte vorhanden sind (Abbildung 5).

Hohes Vernetzungspotenzial von Wissenschaft undIndustrie

Insgesamt verdeutlichen die Ergebnisse, dass diehessische Forschungslandschaft stärker auf das An-gebot von Leichtbautechnologien konzentriert ist als dieIndustrie. Das gilt vor allem für Materialien und Werk-stoffe, Methoden, (Produktions-)Prozesse und dieKonzeptentwicklung. Die Schwerpunkte bei Werkstoffenund Materialien – besonders der Kunststofftechnik –korrespondieren dabei stark mit den industriellen An-bieterbranchen. Sie enthalten somit ein hohes Vernet-zungspotenzial von Wissenschaft und Industrie.

Aus dieser Vernetzung geht auch ein wegweisendesInnovationspotenzial hervor. Hierbei gilt es künftig nochstärker, die – eher materialorientierte – Forschung mitden hessenweit vertretenen industriellen Leichtbau-Anwendungsbereichen zusammenzuführen: mit demAutomobilbau, dem Maschinenbau, der Medizintechnikund der Elektroindustrie.

Die nachfolgenden Beispiele zeigen, in welchen kon-kreten Technologien, Verfahren und Kompetenzen dasPotenzial der hessischen Leichtbauakteure steckt.

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RP Kassel

RP Gießen

RP Darmstadt

Maschinen+Anlagen+Produktion

Werkstoffe+Materialien+Chemie

Konstruktion+Leichtbau+Gestaltung+Bionik

Mobilität (L+R, Automotive)

Umwelt (Energie, Ressourcen, Mobilität)

Bau

Elektro- und Informationstechnik

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Abbildung 5: Schwerpunkte hessischer Forschungs-einrichtungen mit Leichtbaupotenzial nachRegierungspräsidien (Kassel, Gießen, Darmstadt)

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6

Die öffentliche Förderung von Forschungs- und Entwick-lungsvorhaben ist gerade in neuen Technologiefelderneine wichtige finanzielle Komponente,um innovative Pro-dukte zu erstellen und Geschäftsfelder zu erschließen.Neben den monetären Zuflüssen spielen hierbei auchder erleichterte Zugang zu Know-how und die Vernet-zung mit öffentlichen Forschungseinrichtungen einewichtige Rolle.

Das folgende Kapitel möchte daher einen Überblicküber verschiedene Landes- und Bundesförderungengeben, die besonders für Leichtbauaktivitäten geeignetsind.

6.1 Förderaktivitäten des Landes Hessen

Das Land Hessen fördert mit verschiedenen Aktivitätendie Durchführung technologieorientierter, innovativerForschungs- und Entwicklungsvorhaben an der Schnitt-stelle von Wissenschaft und Wirtschaft. Die HessenAgentur fungiert je nach Förderprogramm als Projekt-träger bzw. fachtechnische Dienststelle und ist An-sprechpartner während der Antragsphase und dergesamten Projektlaufzeit.

Neues Programm: Modellhafte F&E-Vorhaben

Das Hessische Ministerium für Wirtschaft, Energie, Ver-kehr und Landesentwicklung fördert aus Mitteln desEuropäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)innovative Projekte zur Schaffung und Erprobung neuerProdukte, Verfahren und Dienstleistungen. Ab sofortkönnen sich insbesondere kleine und mittlere Unter-nehmen (KMU) und Hochschulen aus Hessen zufachlichen Fragen beraten lassen.

Gefördert werden Verbundvorhaben von KMU in Ko-operation mit Hochschulen, Forschungseinrichtungenoder Unternehmen. Auch einzelbetriebliche Vorhabensind möglich. Die Förderung erfolgt als anteiligerZuschuss. Die Förderquote beträgt bis zu 50 Prozent derförderfähigen Ausgaben eines Vorhabens.

Im Fokus stehen F&E-Vorhaben aus den Bereichen

� Technologie & Innovation (themenoffen),� CO -Reduktion sowie2

� Digitalisierung.

Das Expertenteam der Hessen Agentur diskutiert Pro-jektideen mit potenziellen Antragstellern und prüft dieinhaltlichen Beschreibungen der Vorhaben, bevor dieformale Antragstellung bei der Wirtschaft- und Infra-strukturbank Hessen (WIBank) erfolgt.www.technologieland-hessen.de/efre

Weitere Förderangebote: LOEWE-Förderlinie 3,Elektromobilität, Logistik und Mobilität

Mit dem LOEWE-Programm fördert die Landesregie-rung herausragende wissenschaftliche Verbundvor-haben der Hochschulen und Forschungseinrichtungenin Hessen. In der LOEWE-Förderlinie 3 (KMU-Verbund-vorhaben) betreut die Hessen Agentur im Auftrag desHessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunstinteressierte Unternehmen und Hochschulen, diegemeinsam neue, marktfähige Produkte, Verfahren undDienstleistungen entwickeln.www.innovationsfoerderung-hessen.de/loewe-foerderlinie-3

L –EICHTBAUPOTENZIALE UMSETZENFÖRDEROPTIONEN FÜRF&E-PROJEKTE

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Während die Förderung durch LOEWE branchenoffenist, bietet das Land Hessen auch Zuschüsse für aus-gewählte Anwendungsbereiche:

� Bei der Förderung der Elektromobilität stehenMaßnahmen im Blickpunkt, die das Ziel haben,die Praxis- und Alltagstauglichkeit von Elektro-mobilität nachzuweisen.www.innovationsfoerderung-hessen.de/elektromobilitaet

� Um den Logistik- und Mobilitätsstandort Hessenweiter zu stärken, fördert das Land Hessen dieEntwicklung innovativer Konzepte, Technologienund Verfahren sowie Geschäftsmodelle in diesemBereich.www.innovationsfoerderung-hessen.de/logistik-und-mobilitaet

Neues Programm: InvestitionsförderprogrammPIUS-Invest

Im Programm PIUS-Invest können kleine und mittlereUnternehmen für Investitionen zur Reduzierung ihresCO -Ausstoßes eine bis zu dreißigprozentige Förderung2

beantragen. Förderfähig sind Vorhaben, die zu einerwesentlichen Verbesserung der CO -Bilanz im Rahmen2

von Prozess- und/oder Organisationsinnovationen bei-tragen, die gesetzlich vorgegebenen Mindeststandards,soweit gegeben, übertreffen und mindestens eines derfolgenden Ziele verfolgen:

� Verbesserung der Energie- undRessourceneffizienz,

� Speicherung von Energie, Produktion, Verteilungund Nutzung erneuerbarer Energien, Anpassungan den Klimawandel,

� Einsparung von Wertstoffen und Etablierung vonWertstoffkreisläufen, Einsatz von fortgeschrit-tenen Fertigungstechniken

Ersatz- oder Erweiterungsinvestitionen, die lediglichdem gesetzlichen Standard entsprechen, sind nichtförderfähig.www.wibank.de/pius-invest-efre

Innovationskredit Hessen

Der Innovationskredit Hessen stärkt innovative Unter-nehmen und Gründer mit zinsgünstigen Förderkreditenund entlastet die durchleitenden Banken zu 70 Prozentvom Ausfallrisiko. Es können materielle und immaterielleInvestitionen und Betriebsmittel von innovativen undschnell wachsenden mittelständischen Unternehmenund Gründern sowie Unternehmensübertragungenfinanziert werden (bis zu 100 Prozent der förderfähigenAusgaben). Die Mindestkredithöhe beträgt 100.000Euro, der Höchstbetrag 7,5 Millionen Euro.www.wibank.de/innovationskredit-hessen

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HA Hessen Agentur GmbH

Die Hessen Agentur ist die Dienstleistungs-gesellschaft des Landes. Sie setzt Projekte, Kam-pagnen und Förderaktivitäten um und fungiertzudem als Berater und „Think Tank“.Hier sitzen dieProfis in der Beratung und Betreuung von ge-förderten F&E-Vorhaben. Seit 2008 hat das Teamder Innovationsförderung über 500 Förder-projekte erfolgreich begleitet.www.innovationsfoerderung-hessen.de

Wirtschafts- und Infrastrukturbank Hessen(WIBank)

Ansprechpartner für eine generelle Förder-beratung ist die WIBank. Die FörderberatungHessen ist auf die Beratung von Unternehmenund Gründern zu öffentlichen Fördermitteln spe-zialisiert. Zu diesem Themenspektrum haben siealle Angebote des Landes, des Bundes und derEU im Blick, die Unternehmen mit Förderkrediten,öffentlichen Bürgschaften, Beteiligungen und Zu-schüssen unterstützen.Die Beratung ist unabhängig und kostenfrei.www.foerderberatung-hessen.de

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6.2 Initiativen und Förderaktivitäten des Bundes

Initiative Leichtbau – Nationale und internationale Platt-form für den Leichtbau in Deutschland

Der Leichtbau ist für viele Branchen zur Sicherung ihrerWettbewerbsfähigkeit und zur nachhaltigen Moderni-sierung des Industriestandortes Deutschland vonentscheidender Bedeutung.

Neben der Steigerung des Know-hows, sichere Leicht-baustrukturen zu realisieren und in den Markt ein-zuführen, trägt Leichtbau zu mehr Material- und Energie-effizienz und damit zu einem besseren Umwelt- undKlimaschutz bei. Deshalb wird das Bundesministeriumfür Wirtschaft und Energie die Förderung dieser Zu-kunftstechnologie weiter konsequent fortsetzen undausbauen. Das betrifft vor allem die Flankierung vonInitiativen bis hin zu einer breiteren industriellen An-wendung des Leichtbaus und seiner Großserien-tauglichkeit.

Hierzu hat das Bundesministerium für Wirtschaft undEnergie die Geschäftsstelle Leichtbau in Berlin ein-gerichtet. Im Rahmen der Initiative Leichtbau (siehe auchwww.inititativeleichtbau.de) soll die Geschäftsstelle alsnationaler und internationaler Netzwerkknotenpunktdeutsche Unternehmen, insbesondere den Mittelstand,bei der Implementierung des Leichtbaus unterstützenund den branchenübergreifenden Technologietransferflankieren. Mit praktischen Handlungsempfehlungen fürUnternehmen und Politik und individueller Hilfestellunggibt sie darüber hinaus entscheidende Impulse.

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KontaktdatenDr. Andreas BaarGeschäftsstelle LeichtbauTelefon: +49 30 2463714-0E-Mail: gsl@initiativeleichtbau.dewww.initiativeleichtbau.de

www.bmwi.de

Leichtbaukompetenz in Deutschland auf einenBlick – Leichtbauatlas

Der Leichtbauatlas ist ein interaktives Portal undbündelt branchen- und materialübergreifendeInformationen zu nationalen und internationalenLeichtbauakteuren und deren leichtbaurele-vanten Kompetenzen und Aktivitäten.Das ständig wachsende Portal unterstützt sowohlUnternehmen als auch Forschungseinrichtungenoder sonstige Organisationen beispielsweise beider Suche nach Lösungsanbietern oder Projekt-partnern.www.leichtbauatlas.de

Technologische Aspekte des Leichtbaus

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Relevante Förderprogramme des Bundesministeriumsfür Wirtschaft und Energie, die insbesondere auch fürden Leichtbau genutzt werden können:

� Das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstandist ein bundesweites technologie- und branchen-offenes Förderprogramm für mittelständischeUnternehmen.www.zim-bmwi.de

� Die Industrielle Gemeinschaftsforschung schlägteine Brücke zwischen Grundlagenforschung undwirtschaftlicher Anwendung.www.aif.de/igf

� Das Luftfahrtforschungsprogramm („LuFo“) unter-stützt Forschungs- und Technologievorhaben derzivilen Luftfahrt am Standort Deutschland.www.dlr.de

BMBF fördert Leichtbau-Innovationen

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung(BMBF) unterstützt die Stärkung der industriellenWettbewerbsfähigkeit in Deutschland durch werkstoff-basierte Produkt- und Verfahrensinnovationen. Leicht-bautechnologien können hierbei wichtige Beiträgeleisten. Daher wurden in der Vergangenheit bereits vieleMaßnahmen speziell im Bereich „Leichtbau“ gefördert.Dies erfolgte insbesondere in den BMBF-Forschungs-rahmenprogrammen „Werkstoffinnovationen für Indus-trie und Gesellschaft“, „Vom Material zur Innovation“ und„Innovationen für die Produktion, Dienstleistung undArbeit von morgen“. In weiteren BMBF-Fördermaß-nahmen, wie beispielsweise dem Spitzencluster MAICarbon, ARENA 2036, FOREL oder Open HybridLabFactory haben Partner aus Industrie und Forschungsehr erfolgreich zusammengearbeitet und mit ihrenForschungsergebnissen und Produktentwicklungen diePosition Deutschlands im Bereich Leichtbau gestärkt.

Aktuell wird in der Werkstoffplattform „Hybride Mate-rialien – Neue Möglichkeiten, Neue Marktpotenziale(HyMat)“ speziell die Marktfähigkeit von material-basierten Technologien adressiert, um noch bestehendeInnovationshindernisse auszuräumen. Speziell unterdem Gesichtspunkt steigender Anforderungen antechnische Werkstoffe werden hier Ideen für den Leicht-bau durch die Kombination verschiedener Eigen-schaften (Hybridmaterialien) zur optimalen Lösunggefördert. Zudem werden in der Materialforschungs-förderung auch in weiteren Fördermaßnahmen,die nichtexplizit den Leichtbau adressieren, thematisch passendeund innovative Projektskizzen mit Leichtbauinhaltberücksichtigt, beispielsweise innerhalb der Förder-bekanntmachung "KMU-innovativ: Materialforschung(ProMat_KMU)".

Gefördert werden Forschungs- und Entwicklungs-aufwendungen von Hochschulen, Forschungseinrich-tungen und gewerblichen Unternehmen in industrie-geführten Verbundprojekten. Je nach Innovationshöheund Anwendungsbreite der Projektideen sowie derwirtschaftlichen und gesellschaftlichen Bedeutung ist inder Regel eine Verbundförderquote von bis zu50 Prozent möglich. Um Deutschlands Position alsLeitanbieter für Leichtbaumaterialien und -produktionzu stärken, werden entsprechende Themen auchzukünftig in Maßnahmen des BMBF Berücksichtigungfinden.

www.bmbf.dewww.werkstofftechnologien.de

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7 KOMPETENZPROFILE

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Hexagon xperion GmbH

Technische Hochschule MittelhessenKompetenzzentrum AutoM Automotive – Mobilität –Materialforschung

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit undSystemzuverlässigkeit LBF

compoScience GmbH

Kompetenzzentrum für Automotive, Mobilität undMaterialforschung

Die Ruderwerkstatt GmbH

TU Darmstadt – Fachgebiet Papierfabrikationund Mechanische Verfahrenstechnik (PMV)

Evonik Resource Efficiency GmbH

EDAG Engineering GmbH

MeFeX GmbH

FINOBA Automotive GmbH

Universität Kassel – Institut für Werkstofftechnik

TU Darmstadt – Fachgebiet Konstruktiver Leichtbauund Bauweisen (KLuB)

Frankfurter Forschungsinstitut (FFin)

Hochschule Darmstadt – Institut für KunststofftechnikDarmstadt ikd Werkstoffkunde Kunststoffe

Hochschule Darmstadt – Institut für KunststofftechnikDarmstadt ikd

Hochschule Darmstadt – Fachbereich Maschinenbauund Kunststofftechnik

FkL Ingenieurbüro Schumacher

Universität Kassel – Institut für Werkstofftechnik

Fraunhofer LBFAbteilung Betriebsfester und funktionsintegrierterLeichtbau

ICM-Composites GmbH & Co. KG

Kargon GmbH

Carbon-Drive GmbH

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Mit Computersimulationen entwickelt das Unter-nehmen Hexagon xperion Leichtbautanks für Wasser-stoffautos.

Die Sicherung unserer zukünftigen Energieversorgung,die spürbare Reduktion der Kohlendioxidemissionensowie der Einsatz regenerativer Energieträger sind diewesentlichen Herausforderungen für eine nachhaltigeMobilität. Fahrzeugreichweiten von bis zu 600 kmkönnen mittels Wasserstoff-Brennstoffzellen in elektrischangetriebenen Fahrzeugen realisiert werden.Die Speicherung von Wasserstoff ist hierbei eine derSchlüsseltechnologien.

Die Wasserstoffspeicherung in Form von komprimiertemGas unter hohem Druck (bis 700 bar) ist die derzeit aus-gereifteste Technologie für einen Markteintritt. Zu denwesentlichen Markteintrittsbarrieren gehören jedochdie hohen Kosten für diese Druckbehälter, die zu 75Prozent von den hohen Materialkosten für die Kohlen-stofffaser-Verbundmaterialien bestimmt sind. Für einekünftige Produktion in Serie, die mit einer deutlichen

Kostenreduktion einhergehen muss, sind innovativeKonzepte für die Auslegung und Fertigung von Druck-behältern dringend erforderlich.

In der Frühphase optimieren

Im Rahmen des Kooperationsprojektes 3DSIM hat derKasseler Leichtbau-Spezialist Hexagon xperion GmbHmit der Opel AG und der TU Darmstadt eine computer-basierte Simulationsmethode entwickelt, mit der dieFertigung von Wasserstoff-Hochdrucktanks bereits inder frühen Entwicklungsphase optimiert werden kann.Das Simulationswerkzeug berechnet den gesamtenProduktionsprozess eines 700 bar Typ 4-Wasserstoff-Hochdrucktanks und hilft, den Materialeinsatz zureduzieren.

Im Wickelprozess werden so genannte Kohlenstofffaser-Rovings (Bündel parallel angeordneter Endlosfasern)mit Harz getränkt und in vorher berechneten Mustern aufder Tankoberfläche abgelegt. Für eine möglichst detail-genaue Simulation des Tanks unter Last müssen dieseAblagemuster schon in der Entwicklungsphase berech-net werden. Fertigungsabhängige Parameter können sobereits in der Designentwicklung berücksichtigt werden.

Zwischenfaserbrüche unter Last

Neben der Fertigungssimulation lag ein zweiter Schwer-punkt auf der Abbildung des nichtlinearen Werkstoff-verhaltens des Faser-Kunststoff-Verbundes. Unter Lastkommt es relativ früh zu Zwischenfaserbrüchen. DieseDegradationen führen aber nicht zum Versagen derTankstruktur, da die lasttragenden Fasern unbeschädigtbleiben. Solche Degradationsmechanismen beein-flussen aber die Steifigkeit der einzelnen Schichten undsollten zur exakten Vorhersage der Spannungs-verteilung berücksichtigt werden.

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Optimiertes Design reduziert denMaterialeinsatz bei Wasserstofftanks

.1 H G H:EXAGON XPERION MBD TER SIMULIERTE ANK

Wicklung eines Typ 4-Hochdruckbehälters von Hexagon xperionfür Wasserstoff-Anwendungen

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Kontakt

Hexagon xperion GmbHChristina Becker, MarketingOtto-Hahn-Straße 534123 KasselTelefon: +49 561 58549-0E-Mail: info@hexagonxperion.comwww.hexagonxperion.com

Projekt

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 301/11-46) wurdeim Rahmen von Hessen ModellProjekte als KMU-Modell- und Pilotprojekt (MPP) aus Mitteln desLandes Hessen und der Europäischen Union(Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung –EFRE) gefördert.

Hierzu wurde eine Subroutine entwickelt, die denSchädigungsprozess als Simulation abbildet. Durch dieBerücksichtigung des Fertigungsprozesses und eineverbesserte Abbildung des Werkstoffverhaltens ist esden Projektpartnern gelungen, den Materialeinsatz derteuren Kohlenstofffaser durch optimierte Tankdesignsdeutlich zu reduzieren.

Das Auslegungs- und Fertigungs-Knowhow für dieLeichtbautanks liegt bei Hexagon xperion. Das Unter-nehmen kann das Simulationstool anwendungs-übergreifend einsetzen und es an die Anforderungenseiner Kunden anpassen. Ziel des Unternehmens ist es,durch die computergestützte Simulation künftig Ent-wicklungskosten einzusparen und die Kommerziali-sierung alternativer Antriebstechnologien in Brennstoff-zellen- und Erdgasfahrzeugen voranzutreiben.

„Mit 3DSIM können wir unsere Leichtbautanks für weitere, kundenspezifischeAnforderungen effizient auslegen und kostenoptimiert produzieren.“

Dr. Michael Kleschinski, Vorsitzender der Geschäftsleitungvon Hexagon xperion

Einbau von 700 bar Wasserstoff-Hochdrucktanksim Opel HydroGen4 (Quelle: Opel)

Hessisches Ministeriumfür Wirtschaft, Energie,Verkehr undLandesentwicklung

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Durch die neue Auslegungsmethode BFast könnenkleine und mittelständische Automobilzulieferer schonin frühen Entwicklungsphasen Aussagen zur Dauerhalt-barkeit ihrer Leichtbaustrukturen treffen.

Das Kompetenzzentrum für Automotive, Mobilität undMaterialforschung der Technischen Hochschule Mittel-hessen hat in Zusammenarbeit mit LINDE + WIEMANNaus Dillenburg, dem Ingenieurbüro Huß und Feickertaus Liederbach, BÜRCKENMEYER aus Stadtallendorfund Opel Automobile aus Rüsselsheim die neue Aus-legungsmethode BFast entwickelt. Sie ermöglicht dieschnelle und einfache Vorauslegung von Pkw-Leichtbau-strukturen hinsichtlich der Betriebsfestigkeit.

I

In der Automobiltechnik hat das Thema Leichtbau heutegroße Bedeutung. Es gilt bei jeder Gelegenheit, Mate-rial, Gewicht und Energie einzusparen, ohne Abstrichebei Funktion, Wirtschaftlichkeit oder der Sicherheitmachen zu müssen. Doch der Leichtbau schöpft zwangs-läufig alle Reserven aus, wodurch häufig die Grenzen derBelastbarkeit einer Konstruktion erreicht werden. Damittritt die Forderung nach langfristiger Betriebsfestigkeitin den Vordergrund. Diese stellt sicher, dass ein Pkw eineLebensdauer von einigen hunderttausend Kilometernohne Bauteilversagen erreicht.

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Schnelle und einfache Vorauslegungvon Pkw-Strukturen

Die Rohkarosserie eines Pkw muss über mehrere hunderttausendKilometer den auftretenden Belastungen standhalten.

.2 TECHNISCHE HOCHSCHULE MITTELHESSEN:FRÜH BESCHEID WISSEN

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Kontakt

Technische Hochschule MittelhessenKompetenzzentrum AutoM Automotive –Mobilität – MaterialforschungFachgebiete Leichtbau und BetriebsfestigkeitProf. Dr.-Ing. Udo JungWilhelm-Leuschner-Straße 1361169 FriedbergTelefon: +49 6031 604-337E-Mail: udo.jung@autom.thm.dewww.thm.de

Projekt

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 311/12-01) wurdeim Rahmen der LOEWE – Landesoffensive zurEntwicklung Wissenschaftlich-ökonomischerExzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhabengefördert.

Last-Zeit-Reihen reduzieren

Um das zu gewährleisten, ist die Lebensdauer-Simula-tion am Computer eine sehr leistungsstarke Methode.Allerdings ist sie hinsichtlich Zeit und Kosten rechtaufwendig: Zyklische Materialdaten (Wöhlerlinien) füralle eingesetzten Werkstoffe sind ebenso notwendig wieumfangreiche Last-Zeit-Reihen, die die ständig wech-selnden Belastungen im Fahrbetrieb beschreiben. DasForschungsvorhaben an der TH Mittelhessen hat diesekomplexen Last-Zeit-Reihen auf wenige statische Ersatz-lasten reduziert, die bei häufiger Wiederholung einevergleichbare Schädigung im Bauteil hervorrufen.

Statische Ersatzlasten repräsentieren stark schädigendeFahrmanöver wie eine Vollbremsung, die schnelle Fahrtdurch eine enge Kurve oder ein Schlagloch. StatischeErsatzlasten lassen sich als Momentaufnahme währendder Fahrt auffassen, als eine Belastung, die in einem be-sonderen Moment auf eine Baugruppe des Autos wirkt.

Die großen Automobilhersteller messen Last-Zeit-Reihen auf hauseigenen Teststrecken. Für kleine undmittlere Unternehmen ist dieser Aufwand wirtschaftlichnicht vertretbar. Erwartet wird aber, dass Zulieferfirmenmöglichst ausgereifte Leichtbau-Konzepte vorlegen. Fürgenau diesen Fall stellt BFast eine schnelle, einfache undwirtschaftliche Vorauslege-Methode bereit.

Kleine und mittelständische Zulieferer können durchBFast auf Basis einfacher Finite-Elemente-Analysenschon in frühen Entwicklungsphasen schnell eine Aus-sage zur Dauerhaltbarkeit ihrer Pkw-Leichtbau-Struk-turen treffen. Messfahrten oder Werkstoffversuche imVorfeld sind hierzu nicht nötig.

„Die TH Mittelhessen bündelt ihre Forschungsaktivitäten zum Thema Leicht-bau im Kompetenzzentrum für Automotive, Mobilität und Materialforschung.“

Prof. Dr.-Ing. Udo Jung, Fachbereich Maschinenbau, Mechatronik undMaterialtechnologie, Technische Hochschule Mittelhessen

Mit Hilfe der Auslegungsmethode BFast lässt sich das Auftreten einesRisses im Bauteil (gelb-rot markiert) am Computer vorausberechnen.

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Flugzeugräder ausFaserverbundwerkstoffen

.3 F LBF:RAUNHOFER

D N RIE EUERFINDUNG DES ADS

In Darmstadt arbeiten Entwickler an einem Flugzeug-rad aus faserverstärktem Kunststoff. Leichtbautech-nologie soll helfen, die Luftfahrt umweltfreundlicher zumachen.

Da der Anteil der Luftfahrt an den CO -Emissionen im2

Verkehrssektor signifikant ist, ist die Luftfahrtindustriedaran interessiert, langfristig die Emissionen zu mindernund die Branche umweltfreundlicher zu gestalten. Dafürhat sie sich zu dem ehrgeizigen Ziel verpflichtet, bis 2050den CO -Ausstoß um 50 Prozent zu reduzieren.2

Der Schlüssel zu diesem Ziel ist, neue Technologien undMethoden zur Verbesserung der Treibstoffeffizienz zuerforschen. Priorität kommt dabei dem Leichtbau zu. Umneue Flugzeug-Generationen leichter zu machen, setzendie Entwickler heute verstärkt Verbundwerkstoffteile ein.

Hauptfahrwerkrad unter zyklischer Belastung

In Zusammenarbeit mit der Firma Röder Präzisionhaben Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts für Betriebs-festigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadtuntersucht, wie ein Flugzeugrad aus faserverstärktemKunststoff hergestellt werden kann. Unterstützt wurdensie dabei von der Lufthansa AG und dem Land Hessen.

Die Machbarkeitsstudie konzentrierte sich darauf, einHauptfahrwerkrad unter betriebsnaher zyklischer Be-lastung zu entwickeln. Basierend auf der durchschnitt-lichen Anzahl von Start-Ladezyklen und der üblichenFlugfeld- und Rollbahneigenschaften ergab sich einBelastungskollektiv, das alle Belastungen aus Lande-stoß, Bremsvorgang, Rollvorgang und Kurvenfahrtbeinhaltet. Ausgehend von diesem Belastungskollektiv

Von der Idee zum Prototyp: ein Flugzeugsradaus faserverstärktem Kunststoff

„Bei Flugzeugen kommt es auf jedes Kilo an. Eine große Gewichtsreduktionbei Flugzeugen ist durch die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen zuerreichen.“

Dipl.-Ing. M. Eng. Conchin Contell Asins, Fraunhofer-Institutfür Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF,Abteilung Betriebsfester und funktionsintegrierter Leichtbau

Kontakt

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit undSystemzuverlässigkeit LBFAbteilung Betriebsfester undfunktionsintegrierter LeichtbauDipl.-Ing. M. Eng. Conchin Contell AsinsBartningstraße 4764289 DarmstadtTelefon: +49 6151 705 8462E-Mail: conchin.contell.asins@lbf.fraunhofer.dewww.lbf.fraunhofer.de

Projekt

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 376/13-15) wurdeim Rahmen der LOEWE – Landesoffensive zurEntwicklung Wissenschaftlich-ökonomischerExzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhabengefördert.

dimensionierten die Entwickler das Rad mittelsLBF®.WheelStrength, einer speziell entwickelten Soft-ware, die anhand von 3D-Modellen der Räder undRadnaben sowie einiger Angaben mögliche Sicher-heitsrisiken mit Hilfe von virtuellen Belastungstestserkennt und anzeigt.Aus den Ergebnissen zeigte sich, dass die Umsetzungeines solchen Rades mit einem hohen Leichtbau-potenzial möglich erscheint – der Auftakt für ein neuesForschungsprojekt.

Weiterentwicklung durch EU JTI Clean Sky 2

Um die Möglichkeiten aufzuzeigen und fertigungstech-nische Herausforderungen zu erschließen, wurde einerstes Rad konstruiert und als Prototyp gebaut. Daseuropäische Luftfahrtforschungsprojekt Clean Sky 2 hatdie Ergebnisse aufgegriffen und entwickelt sie weiter.

Ziel ist es, die belastungsgerechte Gestaltung des Radeszu verbessern, seine Topologie zu optimieren und inno-vative Lösungen für lokale Verstärkungen der Struktur zufinden. Clean Sky 2 hat sich zum Ziel gesetzt, dafür dasLeichtbaupotenzial noch stärker zu nutzen.

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Einem Entwicklerteam der compoScience GmbH ausDarmstadt ist es gelungen,Composite-Trägern in biege-beanspruchten Strukturen ihr sprödes Bruchverhaltenauszutreiben. Das ist vor allem für die Automobilindus-trie interessant.

Die compoScience GmbH entwickelt seit mehr als zehnJahren Leichtbaulösungen mit Composite-Werkstoffenund arbeitet unter anderem mit der Automobilindustriezusammen.

Automobile Strukturbauteile müssen neben statischerFestigkeit und Steifigkeit über hervorragende Crash-eigenschaften verfügen. Dazu zählen vor allem einhohes Energieaufnahmevermögen und ein gutmütigesVersagensverhalten. Hier sind Composite-Werkstoffewegen ihrer geringen Zähigkeit und Bruchdehnung denmetallischen Werkstoffen zunächst deutlich unterlegen.Insbesondere bei biegebeanspruchten Strukturen ver-sagen Composite-Träger an mehreren Einzelstellen undmit nur geringer Energieaufnahme.

Diese Tatsache und das bislang noch recht ungenauvorhersagbare numerische Versagensverhalten desinhomogenen Werkstoffs sind zwei Gründe, weshalbdiese Werkstoffgruppe in der PKW-Struktur nur wenigverbreitet ist. Ein weiterer Grund liegt in den hohenFertigungskosten von Composite-Werkstoffen.

„Quasizähes“ Versagensverhalten

In einem geförderten Gemeinschaftsprojekt mit Opel,Evonik und der Hochschule Darmstadt konnte das Ent-wicklerteam der compoScience GmbH das Material-verhalten eines Composite-Sandwichverbundes somodifizieren, dass ein sukzessives, „quasizähes“ Ver-sagensverhalten das übliche spröde Bruchverhaltenersetzt. Die Biegeträger werden im sogenanntenCohyBA-Verfahren hergestellt: Sie brechen nicht mehrspröde, sondern dehnen sich lokal unter Last undversagen unter hoher Energieaufnahme.

Anders als bislang üblich werden die CohyBA-Struk-turelemente nicht aus Gewebezuschnitten in einemWerkzeug zum fertigen Bauteil gefügt, sondern dieVerstärkungsfasern werden vollautomatisch und endlosum einen Schaumkern geflochten und dann in-line mitHarz imprägniert und gehärtet. Unter Crashbelastungtreten dann verschiedene Versagensmechanismen auf,die jeder für sich eine hohe Energieaufnahme garantiert.

Dabei ist wichtig ist, dass das Verstärkungslaminat nichtvollständig versagt, sondern sich ähnlich wie bei einerchinesischen Fingerfalle radial einschnürt und den da-runterliegenden Schaum verdichtet.

Diese Bauweise ist hervorragend für seitencrashrele-vante Bauteile wie Türschweller und in die Tür integrierteSeitaufprallträger geeignet. Wirtschaftlich herstellenlassen sich solche Elemente im von der Evonik ent-wickelten Pull-Press-Prozess.

Künftig auch Flugzeugsitze?

Der mangelnden „Berechenbarkeit“ dieser neuen Werk-stoffklasse hat sich das Gemeinschaftsprojekt ebenfallsangenommen. Um das komplexe Materialverhaltennumerisch beschreiben zu können, wurden zunächstumfangreiche Werkstoffuntersuchungen durchgeführt.

Am Ende konnte das für Composite-Werkstoffeatypische „quasiduktile“ Materialverhalten in mehrerenWerkstoffmodellen realitätsnah abgebildet und um-fangreich erprobt werden. Diese Materialmodellebefinden sich nur in der kommerziellen Anwendung beiden Crashberechnungen der compoScience GmbH.

Zukünftig soll das CohyBA-Prinzip auch in anderenBranchen Anwendung finden. Das Entwicklerteam prüftderzeit weitere Einsatzgebiete. Eine Machbarkeitsstudieuntersucht aktuell den Einsatz von crashoptimierten Bie-geträgern in der Struktur von Flugzeugsitzen.

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Crashoptimierte, hybride Biegeträgerfür die Automobilindustrie

.4 S G H:COMPO CIENCE MBM SODIFIZIERTER ANDWICHVERBUND

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Kontakt

compoScience GmbHDr.-Ing.Martin FleischhauerLandwehrstraße 5564293 DarmstadtTelefon: +49 6151 9500 667E-Mail: mf@composcience.dewww.composcience.de

Projekt

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 476/15-18) wurdeim Rahmen der LOEWE – Landesoffensive zurEntwicklung Wissenschaftlich-ökonomischerExzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhabengefördert.

„Als Entwicklungsdienstleister für Composite-Anwendungen ist Leichtbauunser tägliches Geschäft. Geförderte Projekte erlauben uns dabei, neueTechnologien und Prozesse zu erproben und so unser Portfolio kontinuierlichzu erweitern.“

Dr.-Ing. Martin Fleischhauer, Geschäftsführender GesellschaftercompoScience GmbH

Das CohyBA-Entwicklerteam mit einemComposite-Seitenschweller-Prototypen

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Im Kompetenzzentrum AutoM der Technischen Hoch-schule Mittelhessen arbeitet eine Forschungsgruppedaran, Bauteile aus ultrahochfesten, warmgeformtenStählen mittels Halbhohlstanznieten zusammen-zufügen. Die Verbindungen erreichen Festigkeiten biszu 2000 Newton pro Quadratmillimeter und sollen fürdie Kfz-Architektur eingesetzt werden.

Neue Materialmixkonzepte sind für die Automobil-industrie sehr attraktiv. Sie sparen viel Gewicht, garan-tieren aber dennoch ausreichende Steifigkeit, um dieUnfallsicherheit zu erhöhen. Das würde aktuelle undzukünftige Karosserien leichter und zugleich sicherermachen. Darauf arbeitet die Forschungsgruppe amCampus Friedberg hin, die sich aus der Opel Auto-mobile GmbH, Stanley Engineered Fastening-Tucker,LINDE + WIEMANN, B+T Unternehmensgruppe und derHolzapfel Metallveredelung GmbH zusammensetzt.

Um den konsequenten Leichtbau der Automobil-hersteller umsetzen zu können, müssen Fügeverfahrenfür ultrahochfeste Stähle im Materialmix, zum Beispielmit Aluminium, entwickelt werden. Das ist nötig, weilbisher dominierende Fügeverfahren wie das Wider-standspunktschweißen in solchen Werkstoffkombina-tionen nicht angewendet werden können.

Gefördert wird das Vorhaben durch die HA HessenAgentur GmbH im Rahmen der Hessen ModellProjekte.Sein Ziel lautet, das Halbhohlstanznieten für künftigeAnwendungen, etwa bei Türmodulen, zu optimieren.Das Entwicklungsportfolio bewertet optimierte Halb-hohlstanzniet- und Klebeverbindungen sowie eineHybrid-Fügelösung, wobei letztere beide Fügevariantenkombiniert. Dabei werden die erzeugten Proben undDemonstratoren in quasistatischen, dynamischen undkomplexbeanspruchten Lastfällen untersucht.

Forschungspartner arbeiten Hand in Hand

Wegen der hohen Festigkeit der warmgeformten PHS-Stähle musste eine optimierte Niettechnologie ent-

wickelt werden. Auf Basis umfangreicher Simulationenund Fügeversuche gelang es dem Forschungspartner„Stanley Engineered Fastening“ aus Gießen, eine solcheTechnologie zur Verfügung zu stellen.

Parallel entwickelten die Beschichtungsspezialisten derHolzapfel Metallveredelung GmbH aus Herborn einespezielle Klebeverbindung. Sie fügt die Blechstrukturen

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Fügen ultrahochfester Stähleim Automobilbau

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Forschungsgruppe der THM (v. l.): Dipl.-Ing. Sascha Roth, B.Eng. ReneGlück, Prof. Dr.-Ing. Heinrich Friederich, B.Eng. Maximilian Stähling

Prüfen der Verbindungen mittels Lichtmikroskop imMetallografielabor der THM(Bilder: HA Hessen Agentur GmbH – Jan Michael Hosan)

K A ,OMPETENZZENTRUM FÜR UTOMOTIVEM M :OBILITÄT UND ATERIALFORSCHUNGO NPTIMIERTES IETEN

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Kontakt

Technische Hochschule MittelhessenKompetenzzentrum für Automotive, Mobilitätund MaterialforschungProf. Dr.-Ing. Heinrich Friederich, B.Eng. Rene Glück,B.Eng. Maximilian StählingWilhelm-Leuschner-Straße 1361169 FriedbergTelefon: +49 6031 604341E-Mail: heinrich.friederich@m.thm.dewww.thm.de

Projekt

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 481/15-23) wurdeim Rahmen der LOEWE – Landesoffensive zurEntwicklung Wissenschaftlich-ökonomischerExzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhabengefördert.

so zusammen, dass Spalt- und Kontaktkorrosion in derüberlappenden Verbindung weitestgehend ausge-schlossen wird.

Die Versuchsreihen zur überlagerten korrosiv-mecha-nischen Beanspruchung sind geeignet, die Empfindlich-keit der ultrahochfesten PHS-Bleche in martensitischemWerkstoffzustand bezüglich der wasserstoffinduziertenSpannungsrisskorrosion abzubilden. Dabei steht die Er-mittlung einer versagensunkritischen Grenzspannungim Vordergrund.

Der Projektabschluss ist für März 2018 terminiert. DieErgebnisse werden auf Konferenzen mit fügetechni-schem Schwerpunkt präsentiert und in Veröffent-lichungen publiziert. Die vorliegenden Ergebnisselassen erwarten, dass die Automobilindustrie dieErkenntnisse in Vorserien- und Serienanwendungenumsetzen wird. Dafür müssen sie an Fahrzeugstrukturenin Prüfstands- und Feldversuchen getestet werden.

„Um die Potenziale neuer Leichtbauwerkstoffe für die Multi-Material-Bauweise zu nutzen, ist die Weiterentwicklung von Fügetechnologienunabdingbar.“

Prof. Dr.-Ing. Heinrich Friederich, Kompetenzzentrum AutoM,Technische Hochschule Mittelhessen

Prüfung der quasistatischen Versagenslasten der Probekörper

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Bei Ruderbooten kommt es vor allem auf geringesGewicht an. Durch eine innovative Bauweise konnte dieRuderwerkstatt aus Wetzlar das Cockpit um 25 Prozentleichter machen.

Die Ruderwerkstatt GmbH aus Wetzlar produziertSportruderboote mit innovativen Leichtbauverfahrenaus Kohlefaserverbundstoffen. Daneben vertreibt dasUnternehmen über die Ruderwerkstatt Filippi Renn-ruderboote, die unter anderem die deutsche Ruder-nationalmannschaft bei olympischen Wettkämpfennutzt. In Filippi Rennbooten wurden in den vergangenen20 Jahren über 400 Medaillen auf Weltmeisterschaftenund Olympischen Spielen gewonnen.

Die Werkstatt ist zudem für Reparaturen und Instand-setzungsarbeiten an Sportruderbooten ausgerüstet.Vom Einer bis zum Achter mit Steuermann fertigt dasUnternehmen in Wetzlar alle gängigen Ruderboots-klassen der Marke C-Line.

Neben der Rumpfbeschaffenheit ist das Bootsgewichtdie wichtigste Eigenschaft im Rudersport, wobei derRumpf trotz seiner Leichtigkeit hohe Schadenstoleranzund Festigkeit aufweisen muss. Die Boote der C-Linewerden im Vakuumverfahren aus den Faserverbund-stoffen Kohlefaser und Aramid mit Epoxid-Harz her-gestellt. Zusätzlich kommen Aramidwaben als Kern-material zum Einsatz.

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Modulare Cockpitsin Faserverbundbauweise

Einpassen eines modularen Cockpits in einen C-Line Vierer(Bild: HA Hessen Agentur GmbH – Jan Michael Hosan)

.6 D R G H:IE UDERWERKSTATT MBW RABENKERN IM UDERBOOT

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Kontakt

Werner Kahl Die Ruderwerkstatt GmbHGewerbepark Spilburg, Henri-Duffaut Straße 1735578 WetzlarTelefon: +49 6441 77777E-Mail: info@ruderwerkstatt.comwww.ruderwerkstatt.com

Projekt

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 498/16-10) wurdeim Rahmen der LOEWE – Landesoffensive zurEntwicklung Wissenschaftlich-ökonomischerExzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhabengefördert.

Zehn Prozent des Gesamtgewichts eingespart

In den vergangenen beiden Jahren hat die Ruder-werkstadt GmbH die Sitzplätze ihrer Boote überarbeitet,um sie ergonomischer und sicherer zu machen. Außer-dem entwickelte das Unternehmen das Produktions-verfahren weiter, um das Gewicht des Cockpits deutlichzu senken. Unterstützt wurde sie dabei durch ein LOEWEFörderprojekt der Hessen Agentur in Kooperation mitdem Institut für Werkstofftechnik der Universität Kassel.

Bis zum Abschluss des Projektes im November 2017entwickelte das Unternehmen ein digital erfasstesCockpit aus einem Aramidwabenkern mit Kohlefaser-verstärkungen. Das Gewicht des Bauteils wurde um rund25 Prozent gesenkt, sodass sich beispielsweise dasGewicht eines C-Line Vierers um gut sechs Kilogrammverringert hat. Das entspricht etwa zehn Prozent desGesamtgewichts.

Bootsbau ist und bleibt ein Handwerk. Dennoch sindDigitalisierung und die damit verbundene Optimierungvon Produktionsprozessen ein wichtiges Thema. Fürdie Ruderwerkstatt hat das Förderprojekt der HessenAgentur, neben den positiven Effekten auf das Produkt,vor allem die Sensibilität für dieses Thema gestärkt. Dassoll vor allem einer digitalen Überarbeitung der Boots-formen zur weiteren Verbesserung der Laufeigen-schaften in naher Zukunft zugutekommen.

„Dank der Unterstützung haben wir nicht nur unser Produkt und unsereVerfahren wesentlich verbessert, sondern auch unsere digitale Kompetenzgestärkt.“

Daniel Riechmann, Geschäftsführer der Ruderwerkstatt GmbH

Sichtprüfung einer carbonverstärkten Oberfläche(Bild: HA Hessen Agentur GmbH – Jan Michael Hosan)

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An hessischen Universitäten und Hochschulen arbeitenForscher gemeinsam daran, aus Papier das Baumaterialder Zukunft zu machen.

Natürliche Materialien wie Holz oder Papier kommen seitJahrtausenden im Bauwesen zum Einsatz und spielenauch im modernen Hoch- und Innenausbau eine wesent-liche Rolle.

Papier ist ein nachwachsender und natürlicher Rohstoff,der sehr hohes Potenzial für nachhaltiges und umwelt-schonendes Bauen birgt. Neben ökologischen Vorteilenbietet Papier sehr gute spezifische Zugfestigkeiten undist verhältnismäßig einfach zu funktionalisieren. Aller-dings fehlen dem Werkstoff Papier im Vergleich zu eta-blierten Baumaterialien wie Holz die wissenschaftlichenGrundlagen wie etwa Konstruktions- und Berechnungs-ansätze, um im Baubereich Fuß zu fassen. Das soll sichkünftig ändern.

Die Einsatzmöglichkeiten von Papier

Zu diesem Zweck fördert das Land Hessen den Schwer-punkt „BAMP! – Bauen mit Papier“. Das LOEWE-Projektsoll die Vorteile und Einsatzmöglichkeiten von Papier imBauwesen eruieren und dazu beitragen, einen hessi-schen Technologiestandort für „Bauen mit Papier“aufzubauen.

Dafür arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissen-schaftler aus den Bereichen Architektur, Bauingenieur-wesen, Chemie und Maschinenbau zusammen, die derHochschule Darmstadt (h_da), der Technischen Hoch-schule Mittelhessen (THM) und der TU Darmstadt (TUD)angehören. BAMP! gliedert sich in sieben Teilprojekte,die von der Materialentwicklung über die Entwicklungvon Halbzeugen, Bauteilen und Baugruppen bis zumBauwerk reichen.

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Halbzeuge aus Papier und papierbasiertenVerbundwerkstoffen

.7 TU D :ARMSTADTB PAUEN MIT APIER

Mechanische Eigenschaften ausgewählter Baustoffe

Knotenkonstruktion zur Verbindung von Papierhülsenfür Rahmenstrukturen

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Kontakt

Technische Universität DarmstadtFachgebiet Papierfabrikation und MechanischeVerfahrenstechnik (PMV)Prof. Dr.-Ing. Samuel SchabelAlexanderstraße 864283 DarmstadtTelefon: +49 61516 22580E-Mail: pmv@papier.tu-darmstadt.dewww.pmv.tu-darmstadt.de

Projekt

LOEWE-Schwerpunkt BAMP! / Bauen mit PapierTechnische Universität Darmstadt (Federführung),Hochschule Darmstadt, Technische HochschuleMittelhessen

Beispielsweise ist der Fachbereich Maschinenbau undKunststofftechnik der Hochschule Darmstadt in Teil-projekt 3 damit befasst, Halbzeuge aus Papier undpapierbasierten Verbundwerkstoffen herzustellen undzu optimieren. Die Halbzeuge sollen so verbessertwerden, dass sie den Anforderungen am Bau und in derWeiterverarbeitung zu komplexen Bauteilen gerechtwerden. Deshalb legen die Entwickler besonderesAugenmerk auf mechanische Eigenschaften wie Bau-teilsteifigkeit und -festigkeit.

Sandwichstrukturen aus verstärktem Papier

Eine Möglichkeit, das Papier zu verstärken, ist die Inte-gration von Endlosfasern aus Papier oder naturbasiertenWerkstoffen wie Jute oder Flachs. Die Verstärkungs-fasern können dabei lokal als Papiergarne oder Papier-korde entlang der zuvor identifizierten Lastpfade oderflächig als Gewebe verwendet werden.

Aus den verstärkten plattenförmigen Halbzeugenkönnen Sandwichstrukturen hergestellt werden, diegenau den gewünschten Anforderungen entsprechen.Einzelne Sandwich-Schichten können zudem mit spe-ziellen Eigenschaften versehen werden, die etwa vorWasser und Hagel schützen.

BAMP! hat bereits erste Erfolge vorzuweisen: So habendie Forscher Demonstratoren zu verschiedenen An-wendungsgebieten entwickelt, darunter 1:1-Modelleaus Papierwerkstoffen. Sie sollen als erste Grundlage fürden gemeinsamen Forschungsprozess dienen. Aucherste Halbzeuge konnten sie bereits herstellen.

„Papier ist nachhaltig. Durch den Leichtbau mit Papier werden für diePapierindustrie neue Märkte erschlossen.“

Prof. Dr.-Ing. Samuel Schabel, Technische Universität Darmstadt,Fachgebiet Papierfabrikation und Mechanische Verfahrenstechnik

Sandwichstruktur aus flachsfaserverstärktem Papier

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Leichtbaulösungen sind heutzutage in vielfältigen An-wendungsgebieten gefragt. Doch selten ist „Leichtbauum jeden Preis“ gefordert. Vielmehr kommt es in derRegel darauf an, eine Balance zwischen Herstellkosten,Prozesssicherheit und Bauteilgewicht zu erreichen.

Um die nötigen mechanischen Eigenschaften zugewährleisten, ersetzen Sandwichkonstruktionen immerhäufiger Bauteile, die bisher aus einem einzigenMaterial, meist Metall, gefertigt waren. Sie bestehen auseinem Kern und zwei dünnen Deckschichten aus Faser-verbundwerkstoffen oder auch anderen Werkstoffen mithoher Zugfestigkeit. Hat das verwendete Kernmaterialein geringes Gewicht, erlangt das Endbauteil eine hohemechanische Performance, ist aber gleichzeitig wesent-lich leichter als die komplett faserbasierte Ausführung.

Das Kernmaterial beeinflusst die Leistungsfähigkeit vonSandwichkonstruktionen stark. Über die mechanischePerformance hinaus sollte der Sandwichkern bzw. dasgesamte Sandwichbauteil wirtschaftlich produziertwerden können. Bisher werden polymere Hartschaum-stoffe für Sandwichbauteile meist in Blöcken hergestelltund durch einen weiteren Bearbeitungsschritt, etwaCNC-Fräsen, in die gewünschte Form gebracht. Durchdas hohe Maß an manueller Formung und den relativhohen Verschnitt sind die Herstellkosten für eineProduktion in großem Maßstab zu hoch. Daher hatEvonik zur Herstellung komplexer Geometrien ein neuesIn-Mold-Foaming-Verfahren (IMF) für seinen Hart-schaumstoff entwickelt. Für ROHACELL® Triple F wird einPMI-Granulat in der gewünschten Dichte in einer Formzum fertigen Schaumstoffkern ausgeschäumt.

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FEM-Berechnung vonFaserverbundbauteilen

.8 E R E G H:VONIK ESOURCE FFICIENCY MBLEICHT UMGESETZT

Body in White in Hybridbauweise

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Kontakt

Evonik Resource Efficiency GmbHHigh Performance PolymersDr. Arnim KraatzKirschenallee 4564293 DarmstadtTelefon: +49 6151 18-4555E-Mail: arnim.kraatz@evonik.comwww.evonik.com

„Unser Ziel ist es, durch FEM-Simulationen eine bessere Werkstoffausnutzungzu erreichen und den Entwicklungsprozess effizienter zu gestalten.“

Dr. Arnim Kraatz, Evonik Resource Efficiency GmbH

Metallische Einsätze, beispielsweise Gewindeinserts,können direkt während des Aufschäumprozessesintegriert werden. ROHACELL® Triple F ist mit handels-üblichen Harzen, zum Beispiel Epoxidharz, kompatibel.Aber auch thermoplastische Materialien können alsDeckschicht direkt in die Form eingelegt werden.

Durch die auch bei erhöhter Temperatur heraus-ragenden mechanischen Eigenschaften lässt sich dieserSchaum auch mit Hochdruck-RTM oder im Nasspress-verfahren einsetzen, so dass Sandwichbauteile für dieAutomobilindustrie, beispielsweise in Karosserie, Fahr-gestell und Anbauteilen, schnell und effizient inkommerziellen Mengen von 1.000 bis 50.000 Stück proJahr mit leichten Schaumstoffkernen produziert werdenkönnen. Erste Sandwichbauteile mit ROHACELL Triple FKernen werden seit 2015 in Serie hergestellt.

Domstrebe mit ROHACELL® Triple F Schaumkern

Mit ROHACELL® Triple F können hochleistungsfähige CFK-Serienteileim In-Mold-Foaming-Prozess kostengünstig hergestellt werden wie dieHutablage des Audi R8 Spyder.

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Mit LightHinge+ hat die EDAG Engineering GmbH einMotorhaubenscharnier entwickelt, das Leichtbau undFußgängerschutz vereint. Möglich machte das dieadditive Fertigung.

Die EDAG ist ein unabhängiges Entwicklungsunter-nehmen der globalen Automobilindustrie. Sie bedientführende Fahrzeughersteller und -zulieferer. Das Unter-nehmen bietet Ingenieurdienstleistungen in denSegmenten Vehicle Engineering (Fahrzeugentwicklung),Electric/ Electronics (Elektrik/Elektronik) und ProductionSolutions (Produktionslösungen).

Für das Projekt LightHinge+ hat sich die EDAG mit demvoestalpine Additive Manufacturing Center undSimufact Engineering zusammengeschlossen, umNutzen und Potenzial von additiven Fertigungs-technologien in der Automobilproduktion aufzuzeigen.LightHinge+ ist ein Motorhaubenscharnier, das inpulverbettbasierter, metallischer additiver Fertigunghergestellt wird. Es vereint Ultra-Leichtbau und aktiveHaubenfunktion für den Fußgängerschutz im Bereichder Kleinserienfertigung.

50 Prozent Gewichtsvorteil

Motorhauben-Scharniersysteme sind aufgrund derhohen Anforderungen an Sicherheit und Funktionalitätsehr komplex. Die EDAG hat die Topologie derBauteilstruktur optimiert, um einen Gewichtsvorteil zuerreichen. Mittels bionischer Prinzipien wurde einGewichtsvorteil von 50 Prozent gegenüber der Refe-renzbauweise in Blech erzielt.

Die Topologie-Optimierung berechnet anhand dertatsächlichen Belastungen den minimalen Material-bedarf des Scharniers. Die daraus resultierenden Geo-metrien erfordern viele Stützstrukturen, die im Projektauf ein Minimum reduziert werden konnten.

Im additiven Fertigungsprozess entstehen durch denkonzentrierten Wärmeeintrag mit hohen Aufheiz- undAbkühlraten Verzug und Eigenspannungen im Bauteil.Ein nicht verzugskompensiertes Scharnier kann soAbweichungen von ein bis zwei Millimetern vom CAD-Modell aufweisen.

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Ein Motorhaubenscharnier mit aktiverHaubenfunktion

Ultimative Funktionsintegration: Additiv gefertigte Losbrechstruktur stattkomplexer Gelenk-Kinematik in Blech für die aktive Haubenfunktion

.9 EDAG E G H:NGINEERING MBULTRALEICHT UND ULTRASICHER

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Kontakt

EDAG Engineering GmbHDr.-Ing. Martin HillebrechtAbteilungsleiter Competence Center/Director InnovationReesbergstraße 1, 36039 FuldaTelefon: +49 661 6000-255E-Mail: martin.hillebrecht@edag.de

Mit Simufact Additive können der eigentliche Druck-vorgang und die nachfolgenden Prozessschrittesimuliert und damit Verzug und Eigenspannungenvorhergesagt werden.

Auf Basis des simulierten Verzugs wurde die Bauteil-geometrie negativ vorverformt, um so die Formabweich-ungen der gedruckten Scharnierteile zur Sollgeometriezu minimieren.

Höchste Präzision bereits im ersten Fertigungslos

Die Simulation des Bauprozesses hat wesentlich zurverbesserten Auslegung, Absicherung und Verzugsopti-mierung des additiv gefertigten Scharniers beigetragen.Am Ende wurde eine wirtschaftliche, ressourcen-schonende Fertigung mit geringer Nacharbeit erzielt.Das Scharnier ist somit nach dem laseradditiven Ferti-gungsprozess bereits so gut wie einsatzbereit.

Ein wesentliches Merkmal des LightHinge+ stellt dieIntegration einer aktiven Haubenfunktion dar. Kollidiertein Fußgänger mit dem Fahrzeug, wird ein pyrotech-nischer Aktuator ausgelöst. Der entstehende Freiraumfedert den Aufprall des Fußgängers ab. Die Folge ist einekomplexe Scharnierkinematik. Statt dessen sind inLightHinge+ aber nur spezielle Losbrechstrukturen inte-griert. Durch die Krafteinwirkung geben sie im Crashfalleinmal das zusätzliche Gelenk frei und heben dieMotorhaube an.Diese Funktionsintegration durch erfahrungsbasiertesnicht automatisierbares Vehicle Engineering reduziertdie Teileanzahl auf das Wesentliche und spart der Bau-gruppe einen Großteil ihres ursprünglichen Gewichts.

Mit diesem Konzept eröffnet EDAG nun die weitereZusammenarbeit mit High-End-Automobilherstellern,die an einer werkzeuglosen, variantenintensiven Ferti-gung komplexer Produkte interessiert sind.

„Additive Manufacturing wird das Rapid Prototyping und Rapid Toolingüberholen und die klassischen Fertigungsverfahren und konstruktivenGestaltungsmöglichkeiten um eine neue Dimension erweitern.“

Dr.-Ing. Martin Hillebrecht, Abteilungsleiter Competence Center/Innovationder EDAG Engineering GmbH

LightHinge+: Werkzeuglose Fertigung variantenintensiverUltraleicht-Scharniere. Aus 19 Bauteilen (Blech, 1.450 g) werdennur sechs (AM, 720 g).

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Dienstleistungen für Projekte mitFaser-Kunststoff-Verbund

.10 M F G H:E EX MBKONSTRUKTIONSPROBLEME LÖSEN

Die MeFeX GmbH aus Weiterstadt unterstützt Unter-nehmen bei sehr spezifischen Fragestellungen imBereich der Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV). Dafürunterhält das Unternehmen einen Pool ausgewiesenerFachleute.

Leichtbau spielt in vielen Bereichen eine immerwichtigere Rolle. Um den Zielen des Leichtbaus gerechtzu werden, können unter anderem Verbundwerkstoffeeingesetzt werden. Stärker als bei metallischen Werk-stoffen können Konstrukteure die Fertigungseigen-schaften von Faser-Kunststoff-Verbunden selbstbestimmen. Hinzu kommt ein deutlich komplexeresWerkstoffverhalten.

Um höhere Werkstoffkosten zu rechtfertigen,müssen dieEntwickler die Vorteile des Werkstoffs optimal nutzen.Das gewährleistet ein umfassender Auslegungsprozess,

der Werkstoffeigenschaften, Fertigungseinflüsse undspezielle konstruktive Möglichkeiten von FKV kombi-niert.

Komplexes Werkstoffverhalten

Die Kompetenzen der MeFeX GmbH liegen in derfasergerechten Auslegung und Konstruktion, derProbekörperherstellung, der Werkstoffprüfung und imPrototypenbau.

Für die Berechnung mittels Analytik und der Finiten-Elemente-Methode bietet das Unternehmen Lösungen,die komplexes, nichtlineares Werkstoffverhalten best-möglich abbilden. Neben der statischen Versagens-analyse von FKV-Bauteilen beraten die Mitarbeiter zurBestimmung von Schwingfestigkeiten.

Leistungsspektrum der MeFeX GmbH

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Kontakt

MeFeX GmbHDr.-Ing. Daniela FeldtenEgerländer Straße 6Industriegebiet Wolfskaute64331 WeiterstadtTelefon: +49 6150 8309136E-Mail: info@mefex.dewww.mefex.de

„Die größte Leichtbaugüte erreicht man immer durch die Betrachtung desindividuell angefertigten Werkstoffs und der gesamten Konstruktion.“

Dr.-Ing. Daniela Feldten, Geschäftsführerin der MeFeX GmbH

Faserverstärkte Hochdruckbehälter

Die MeFeX GmbH wendet ihre Methoden unteranderem bei der Berechnung von faserverstärktenHochdruckbehältern an. Mit einer Fertigungssimulationberechnet das Unternehmen die Faserverteilung im Bau-teil. Angeschlossene analytische und numerische Be-rechnungsverfahren bilden das komplexe Versagen desWerkstoffs detailliert ab und unterscheiden zwischenkritischer und tolerierbarer Schädigung.

Dank einer Kennwertermittlung, die speziell auf dasFertigungsverfahren abgestimmt ist, können FKV-Hoch-druckbehälter exakt berechnet werden. Das ermöglichtdeutlich leichtere und kostengünstigere Behälter beigleicher Sicherheit.

Über eine neu entwickelte virtuelle Wickelsimulation der Behälterfertigung können alle Bandpositionen genau berechnet werden.Diese Daten bilden die Grundlage für weiterführende analytischeund numerische Berechnungen des Behälters.

Um ein Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil zu berechnen, muss derFaservolumenanteil in Versuchen bestimmt werden. Im Gegensatz zurGlühverlustbestimmung ist mit Hilfe optischer Verfahren auch einelokale Bestimmung möglich.

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Mit der kompletten Bearbeitung von Leichtbaukompo-nenten ermöglicht die FINOBA Automotive GmbH denBau leichterer, verbrauchsärmerer Autos.

Leichtbau ist eines der zentralen Zukunftsthemen derAutomobilindustrie. Unabhängig vom Antrieb stellt dasFahrzeuggewicht den entscheidenden Faktor für Ver-brauch und Reichweite dar. Hohes Einsparpotenzial beivergleichsweise geringen Kosten verspricht die Ver-wendung von Leichtmetallen wie Aluminium oderMagnesium.

Im Vergleich zu Bauteilen aus Stahl sparen im Druck-gussverfahren hergestellte Aluminium-Federbein-stützen an der Vorderachse rund 20 Kilogramm Gewichtpro Fahrzeug. Da größere Bauteile ein noch höheresEinsparpotenzial versprechen, ist der Anwendungs-bereich für Druckgusskomponenten in den letztenJahren stetig gewachsen. Heute umfasst er nahezu alleBaugruppen im Bereich der Struktur- und Fahrwerksteilesowie der Antriebskomponenten.

Ein Dutzend Bearbeitungsschritte

Vor dem Einbau müssen Druckgussbauteile aus Alu-minium oder Magnesium intensiv bearbeitet werden.In den relevanten Bereichen verfügen Bauteile ausAluminiumguss zwar über die gleichen Materialeigen-schaften wie etwa Stahl, müssen hierzu jedoch einerWärmebehandlung unterzogen werden: In einem zwei-stufigen Verfahren aus Lösungs- und Auslagerungs-glühen erhalten die Aluminiumteile ihre endgültigenMaterialeigenschaften.

Ein weiteres Beispiel für die Bearbeitung von Druckguss-bauteilen ist die Wasch- und Beizpassivierung. Diehomogene Oberfläche des Bauteils macht es möglich,es anschließend mit anderen Bauteilen zu einem fertigenFahrzeug zu verbinden. In vielen Fällen sind bis zu einDutzend Bearbeitungsschritte in komplett automa-tischer Verkettung nötig, bevor das Bauteil fertig ist. Vorallem die Bearbeitung sogenannter Strukturbauteile,also von Teilen des Chassis und der Fahrwerkskompo-nenten, ist besonders umfangreich und komplex.

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Leichtbauteile aus Aluminium undMagnesium bearbeiten

.11 FINOBA AUTOMOTIVE:D S GIE CHRITTE NACH DEM USS

Wasch- und BeizpassivieranlageEuropas größte Durchlaufwärmebehandlungsanlage fürStrukturteile in Baunatal bei Kassel 51

Kontakt

FINOBA Automotive GmbHThorsten Briele, Leiter Marketing- undUnternehmenskommunikationGroßenritter Straße 3534225 BaunatalTelefon: +49 5665 4074 100E-Mail: info@finoba-automotive.dewww.finoba-automotive.de

Aus Rohteilen werden Fertigteile

Die FINOBA Automotive GmbH übernimmt in derGroßserie der Lohnbearbeitung sämtliche Bearbei-tungsschritte nach dem Guss. Das Unternehmen machtaus Rohteilen Fertigteile und liefert sie für die Kundendirekt ans Montageband. Mit der Bearbeitung aus einerHand unter einem Dach reduziert FINOBA Qualitäts-schnittstellen und den logistischen Aufwand für dieKunden, zu denen unter anderem Audi, Porsche, BMWoder Daimler gehören.

Das Unternehmen ist in den letzten Jahren stetiggewachsen und beschäftigt heute rund 650 Mitarbeiteran vier Standorten in Deutschland. Am Hauptsitz inBaunatal bei Kassel hat es vor zwei Jahren Europasgrößte Durchlaufwärmebehandlungsanlage für Struk-turteile in Betrieb genommen.

Modul- und Systemlieferanten

Aktuell investiert FINOBA 20 Millionen Euro in denStandort Kassel, wo das Unternehmen die neueste Drei-und Vierzylinder-Motorengeneration für Benzin undHybridfahrzeuge des Volkswagen-Konzerns bearbeitet.Insgesamt über 600.000 Stück pro Jahr, über einenZeitraum von acht Jahren.

Als nächstes wollen sich die Bearbeitungsspezialistenzum Modul- und Systemlieferanten entwickeln. AlsPionier bei der Bearbeitung von Leichtbaugussteilenblickt FINOBA diesem Ziel zuversichtlich entgegen. Dierasante Entwicklung der Druckgusstechnik und diesteigende Komplexität bei der Bearbeitung von Bau-teilen führen das Unternehmen zu immer komplexerenSystemangeboten.

„Mit der kompletten Bearbeitung nach dem Guss unterstützen wir dieHersteller beim nächsten Schritt im Automobilleichtbau.“

Dipl.-Ing. Guido Barde, Vorsitzender der Geschäftsführungvon FINOBA Automotive

Bearbeitung einer Federbeinstütze für den Audi Q7

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An der Universität Kassel arbeiten Forscher an Bau-teilen, die Metall und Kunststoff zusammenbringen.Doch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-koeffizienten der beiden Materialien stellen sie vorHerausforderungen.

Die Abteilung Thermoplastischer Leichtbau am Fach-gebiet Kunststofftechnik der Universität Kassel ent-wickelt Prozesse und Anwendungen unter der Prämisseder Gewichtseinsparung, der Ressourcenschonung undder Energieeffizienz.

Derzeit forscht man dort an thermoplastischen Werk-stoffen, die zusammen mit metallischen Halbzeugen alsWerkstoffverbundpartner für Hybridsysteme dienen.Multimaterialdesign versucht, Gewicht zu reduzierenund die Wirtschaftlichkeit eines Bauteils zu steigern,indem es die Vorteile mehrerer Materialien kombiniert,während sich die jeweiligen Nachteile der Materialiengegenseitig kompensieren. Beides zusammen hilft,Gewichts- und Kostenvorteile zu realisieren.

Einige anspruchsvolle Anwendungsgebiete des Leicht-baus konnte die Hybridtechnologie bisher allerdingsnoch nicht erschließen, weil sich die Materialien zu unter-schiedlich verhalten. Besonders die stark unterschied-lichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Metall undKunststoff stellen eine Herausforderung dar. Ihretwegenkonnten Hybridbauteile bisher nur bedingt in thermi-schen und durch korrosive Medien wie Wasser belas-teten Bereichen eingesetzt werden, die hohe Dichtigkeitfordern.

Gewichtseinsparungen bis 30 Prozent

Die Forscher am Fachgebiet Kunststofftechnik wollendas Anwendungsgebiet von Hybridbauteilen auch indiese Bereiche erweitern. Durch dauerhaft dichte Kunst-stoff-Metall-Hybridbauteile wollen sie das Gewicht vonkomplex beanspruchten, medienführenden Fahrzeug-komponenten reduzieren, die in einem großserientaug-lichen Fügeverfahren im Spritzgießprozess hergestelltwerden. Der Ansatz beruht auf Voruntersuchungen, diezeigten, dass herkömmliche Hybridbauteile keineDichtigkeit mehr aufweisen, nachdem sie Medien undTemperatur ausgesetzt waren.

Die Forscher untersuchten Hybridbauteile, die mit undohne Haftvermittler gefertigt wurden, sowie den Einflussvon Oberflächen, die mittels Selective Laser Melting(SLM) strukturiert wurden. Sie konnten zeigen, dassmechanische Verkrallung bei SLM-strukturierten Ober-flächen die mechanische Festigkeit erhöht. Jedochverbesserte keine der Maßnahmen die Mediendichtheitnach kombinierter Temperatur-Medien-Exposition.

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Kunststoff-Metall-Hybridbauteilefür komplexe Anwendungen

.12I WNSTITUT FÜR ERKSTOFFTECHNIK

U K :DER NIVERSITÄT ASSELZ ?U UNTERSCHIEDLICH

Der serienmäßige Getriebedeckel demonstriert das Leichtbau-potenzial von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen bei komplexbeanspruchten, medienführenden Fahrzeugkomponenten.

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Kontakt

Universität KasselInstitut für WerkstofftechnikProf.Dr.-Ing.Hans-Peter HeimMönchebergstraße 334125 KasselTelefon: +49 561 8043670E-Mail: heim@uni-kassel.dewww.ifw-kassel.de

Um die Mediendichtheit zu gewährleisten, wollen dieForscher verhindern, dass sich die Komponenten an derGrenzschicht ablösen. Im nächsten Schritt soll eineflexible Zwischenschicht entwickelt werden. Diese solldie durch thermische Ausdehnung entstehendenSpannungen künftig kompensieren.

Das Potenzial einer solchen Verbindung verdeutlicht einserienmäßiger Getriebedeckel: Bei konsequenterBauteilauslegung ist für gehäuseähnliche Strukturen mitGewichtseinsparungen von 15 bis 30 Prozent zurechnen.

„Durch lokale Substitution metallischer Werkstoffe durch Kunststoffeinleger inbelastungsarmen Bereichen können signifikante Gewichtsersparnisse erreichtwerden.“

Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Heim, Institut für Werkstofftechnik,Universität Kassel

Hybridprobekörper zur Dichtigkeitsuntersuchung

Institut für Werkstofftechnik

Kunststofftechnik

Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Heim

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In Zukunft sollen Ingenieure zelluläre Strukturen gezieltbei der Konstruktion von Leichtbauteilen einsetzenkönnen. Das Fachgebiet Konstruktiver Leichtbau undBauweisen der Technischen Universität Darmstadtarbeitet an Konstruktions- und Gestaltungsregeln, umdas Leichtbaupotenzial der additiven Fertigung zumaximieren.

Das selektive Laserschmelzen ist ein additives Verfahren,bei dem Metallpulver schichtweise verschmolzen wird.Dadurch lassen sich in der Theorie beliebig komplexeStrukturen erzeugen. In der Realität sind allerdings zahl-reiche Einschränkungen und Regeln zu berücksichtigen.

Bei der additiven Fertigung lassen sich Ingenieure gernevon der Natur inspirieren. Beim Thema Leichtbau dient

der menschliche Oberschenkelknochen als ideales Vor-bild für eine last- und umgebungsadaptierte Struktur:Knochenstrukturen optimieren sich nicht nur auf derMakroebene, sondern auch auf der Meso- und Mikro-ebene. Indem die additive Fertigung dieses Prinzipübernimmt, erschließt sie besonderes Potenzial für denLeichtbau.

Mechanisches Verhalten vorhersagen

Dabei sind Kenntnisse über das mechanische Verhaltenvon additiv gefertigten Strukturen verschiedener Ska-lierung nötig. Das Bild rechts zeigt hierzu einfache Zug-proben mit unterschiedlicher Bauteilanordnung.Das Fachgebiet Konstruktiver Leichtbau und Bauweisenerarbeitet und validiert Berechnungsmethoden, um

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Zelluläre Strukturenin der additiven Fertigung

.13 TU D :ARMSTADTV W , G ZON ABEN ITTERN UND ELLKERNEN

Seitenansicht einer additiv gefertigten Gitterstruktur aus AlSi10Mg55

Kontakt

Technische Universität DarmstadtFachgebiet Konstruktiver Leichtbauund BauweisenProf.Dr.-Ing.habil.Christian MittelstedtOtto-Berndt-Straße 264287 DarmstadtTelefon: +49 6151 16-22020E-Mail: sekretariat@klub.tu-darmstadt.dewww.klub.tu-darmstadt.de

„Ingenieure können das volle Leichtbaupotenzial der additiven Fertigung erstnutzen, wenn sie Strukturen nicht nur global, sondern auch lokal optimieren.“

Prof. Dr.-Ing. habil. Christian Mittelstedt, FachgebietsleiterKonstruktiver Leichtbau und Bauweisen, Technische Universität Darmstadt

mechanisches Verhalten vorherzusagen und die Leicht-baugüte einer zellulären Struktur zu bewerten. Dazu sindElementarproben nötig, um das reale mechanischeVerhalten zu charakterisieren.

Ziel ist es, dass Ingenieure zelluläre Strukturen bei derKonstruktion nutzen können, um mechanisch tragendeFunktionen zu erfüllen oder fertigungstechnische Rest-riktionen zu kompensieren. Zelluläre Strukturen könnendreidimensionale Gitter, aber auch zweidimensionaleZellkerne wie zum Beispiel Honigwabenkerne sein. DasBild rechts zeigt beispielhaft eine Bauplattform mitGitterstrukturen, die auf ihre mechanischen Eigen-schaften untersucht werden müssen.Durch die hohe Anzahl möglicher Orientierungen imBauraum ergeben sich zahlreiche Anwendungsfälle füreine leichtbaugerechte Strukturintegration. Das giltbesonders für zweidimensionale Strukturen. Dabei sindinsbesondere fertigungstechnologische Herausforde-rungen wie Pulveranhaftungen zu untersuchen, welcheim Bild rechts dargestellt sind.

Die Methoden der Strukturauswahl zur Vorhersage desmechanischen Verhaltens zellulärer Strukturen sowie zurMehrziel- und Multiskalenoptimierung werden vomFachgebiet regelmäßig veröffentlicht und können zurAuslegung genutzt werden.

Bauplattform mit Gitterstrukturen unterschiedlicher Zellweite

Zugproben aus AlSi10Mg mitunterschiedlicher Bauteilorientierung

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Am Frankfurter Forschungsinstitut (FFin) arbeitetProfessorin Claudia Lüling mit ihren Kolleginnen an Bau-elementen aus 3D-Textilien, die bei Bedarf mit Schaumverstärkt werden können.

Das FFin ist Teil des Fachbereichs 1 der Frankfurt Uni-versity of Applied Sciences. Kompetenzen liegen imBereich nachhaltige Architektur und Bauen: von derGestaltung über die Konstruktion und das Tragwerk bishin zum digitalen Management von räumlichen Pro-zessen. Ein Forschungsschwerpunkt ist der textilbasierteLeichtbau und das Thema FabricFoam .©

Ansprechpartnerin sind Prof. Dipl.-Ing. Claudia Lülingaus dem Studiengang Architektur, Prof. Dr.-Ing. AgnesWeilandt (Tragwerksplanung) und Prof. Dr.-Ing. PetraRucker-Gramm (Bauphysik).

FabricFoam beschäftigt sich mit geschäumten Materi-©

alien im Verbund mit dreidimensionalen Textiltechniken,zum Beispiel Abstandstextilien. Diese bestehen aus zweiDeckschichten, die über Polfäden auf Abstand gehalten

werden und so individuell konfigurierbare Hohlräumebilden. Ihre lokal definierbare Material- und Faser-geometrie bietet ungeahnte Möglichkeiten. Je nach An-ordnung der Textillagen und im Verbund mit anderenMaterialien haben Abstandstextilien das Potenzial,integrativ Funktionen eines Außenwandelements zuübernehmen.

Selbsttragende und dämmende Bauelemente

Zusammen mit leichten Dämm- und Konstruktions-schäumen werden Abstandstextilien zu einem zug- unddruckstabilen, zugleich dämmenden Materialverbund.Das unterscheidet sie deutlich von den klassischen, reinzugbeanspruchten Membrankonstruktionen ohneklimatischen Mehrwert.Es entstehen vorgefertigte, selbsttragende und däm-mende Bauelemente, bei denen das Textil als verloreneSchalung die Oberflächenstruktur und das äußereErscheinungsbild bestimmt.

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Geschäumte 3D-Textilienfür Leichtbau in der Architektur

.14 F F :RANKFURTER ORSCHUNGSINSTITUT (FFin)B T SAUEN MIT EXTILIEN UND CHÄUMEN

Teilgeschäumte Abstandstextilien für Leichtbauanwendungenin der Architektur (Bild: Tobias Etzer) 57

Erste Ergebnisse wurden im Projekt „3dTEX - TextilesLeichtwandelement“ der Forschungsinitiative ZukunftBau erzielt: Es entstanden einlagige textile Leichtwand-elemente aus geschäumten und plastisch verformtenAbstandsgewirken sowie zweilagige planare Abstands-gewebe, die ausgeschäumt zusätzlich zur Trag- undDämmschicht eine integrierte Hinterlüftungsebenebieten. Es konnte festgestellt werden, dass im gezieltenZusammenspiel von Fasern und Schäumen zudem einhohes Gradientenpotenzial liegt.

Faltbar und energetisch wirksam

Ein zweites Projekt beschäftigt sich mit reversibelfaltbaren Abstandstextilien für Sonnenschutzelemente:„ReFaTex – Reversibel faltbare, energetisch wirksame 3D-Textilien im Baubereich“ wird durch die FörderlinieInnovationsfonds Forschung unterstützt und im März2018 abgeschlossen. Hier geht es um die Herstellungvon ultraleichten, aber stabilen Elementen für denÖffnungsbereich, die zudem faltbar und bei Bedarfadaptiv sind. Sie können opak oder transluzent, ge-dämmt oder ungedämmt hergestellt werden.

Je nach Dämmstandard und Stabilität können siekonstruktiv und bereichsweise mit Schaum verstärktwerden. Transluzenz und Faltung funktionieren über dasAbstandstextil, wobei für die Faltung keine zusätzlichenmechanischen Scharniere benötigt werden. Das lässtrobuste und wartungsarme Produkte erwarten, die denEnergieverlust der Gebäudehülle deutlich reduzieren,aber dennoch im entfalteten Zustand hohe, diffuseSonneneinstrahlung zulassen.

In Folgeprojekten sollen unter anderem gezielt Material-kombinationen aus ähnlichen Textil- und Schaumstoff-materialien untersucht werden, um ein strukturdifferen-ziertes und einfach zu rezyklierendes Monomaterial zuentwickeln. Das übergeordnete Ziel ist „ArchitectureFully Fashioned“: räumlich komplexe, textilbasierteBauelemente mit geringem Montageaufwand, für diezudem licht- und wärmeleitende oder temperatur-amplituden-dämpfende Materialien genutzt werden.

Kontakt

Frankfurt University of Applied SciencesFFin,Frankfurter ForschungsinstitutProf. Dr.-Ing. Claudia Lüling M.A.Nibelungenplatz 160318 Frankfurt am MainTelefon: 069 1533 3617E-Mail: clue@fb1.fra-uas.dewww.ffin.eu

Projekt

Dieses Projekt wurde mit Mitteln derForschungsinitiative Zukunft Baudes Bundesinstitutes für Bau-, Stadt-und Raumforschung gefördert.

„Unser Ziel heißt: 'Architecture Fully Fashioned' – Textilbasierter Leichtbau mitklimatisch und räumlich adaptiven Gebäudeelementen.“

Prof. Dipl.-Ing. Claudia Lüling, Professorin für Entwerfen und Gestaltenan der Frankfurt University of Applied Sciences

Der Spacer Fabric Pavilion aus geschäumten 3D-Textilien(Bild: Christoph Lison)

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Forscher vom Institut für Kunststofftechnik in Darmstadthaben gemeinsam mit einem Unternehmen daran ge-arbeitet, das Verhalten von belasteten Leichtbau-materialien möglichst genau zu prognostizieren.

Um Bauteileigenschaften vorhersagen zu können, simu-liert die Automobilindustrie standardmäßig dasBauteilverhalten unter verschiedenen Belastungen.Allerdings sind die Ergebnisse einer solchen Simulationnur so gut wie die verwendeten Materialmodelle undMaterialdaten. Das gilt besonders für die im Leichtbauverwendeten Faser-Kunststoff-Verbunde.

Das Fachgebiet Werkstoffkunde Kunststoffe am Institutfür Kunststofftechnik in Darmstadt will dazu beitragen,die Vorhersagesicherheit in diesem Feld zu steigern.

Dafür müssen relevante Belastungen versuchstechnischabgebildet und ausgewertet werden.

In einem akkreditierten Prüflabor ermitteln die Mit-arbeiter Kennwerte nach Normen für die Material-auswahl und die Spritzgießsimulation.Um die Materialdaten für die Struktursimulation zuermitteln, stehen mehrere Universalprüfmaschinen mitTemperierkammern und Probeneinspannungen fürZug-, Druck-, Biege- und Schubversuche bereit, so zumBeispiel ein Schubrahmen nach DIN SPEC 4885.

Ein Fallturm für Durchstoßversuche

Mit einem solchen Schubrahmen untersuchten dieForscher aus Darmstadt im LOEWE-Projekt CohyBA

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Das Verhalten von Leichtbaumaterialienbesser vorhersagen

Schubspannung über Schiebung für Verbunde ausKohlenstofffasern in einer Epoxid- bzw. Polyamid-Matrix

.15 H D :OCHSCHULE ARMSTADTV SERLÄSSLICHE IMULATIONEN

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gemeinsam mit dem Unternehmen CompoScienceunter anderem die Scherspannung als Funktion derSchiebung für Kohlenstofffaser-Verbunde in einerEpoxid- und Polyamid-Matrix. CompoScience ent-wickelte dafür ein Simulationsverfahren, zu dem dieWerkstoffkundler die verlässlichen Materialdatenbeisteuerten.

Ein weiteres Beispiel für belastungsspezifische Versucheist ein Fallturm für Durchstoßversuche, der so umgebautwurde, dass dynamische Drei-Punkt-Biegeversuchemöglich sind.

Zudem wurde der Prototyp eines Komponententestsentwickelt, bei dem Bauteile mit sehr geringen Massenbis zu einem Kilogramm und mit hohen Geschwindig-keiten von rund acht Metern pro Sekunde belastetwerden können. Die Messwerterfassung wird dabei mitoptischen Messverfahren auch nach der Methode derdigitalen Bildkorrelation erfolgen.

All das sind Ansätze, um reproduzierbare und spezi-fische Materialdaten für eine verlässliche Simulationbereitzustellen.

Kontakt

Hochschule DarmstadtInstitut für Kunststofftechnik DarmstadtWerkstoffkunde KunststoffeProf.Dr.-Ing.Martin MonekeHaardtring 10064295 DarmstadtTelefon: +49 6151 16-38564E-Mail: martin.moneke@h-da.dewww.h-da.de

Projekt

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 476/15-18) wurdeim Rahmen der LOEWE – Landesoffensive zurEntwicklung Wissenschaftlich-ökonomischerExzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhabengefördert.

„Leichtbau wird in immer stärkerem Maße zu einer nachhaltigen Entwicklungbeitragen.“

Prof. Dr.-Ing. Martin Moneke, Hochschule Darmstadt,Institut für Kunststofftechnik Darmstadt

Mit einem Schubrahmen nachDIN SPEC 4885 untersuchtenForscher vom Institut fürKunststofftechnik in Darmstadtdie Scherspannung alsFunktion der Schiebung fürKohlenstofffaser-Verbunde.

7 .16

Das Institut für Kunststofftechnik Darmstadt prüftFertigungsverfahren auf ihre Tauglichkeit für den Leicht-bau bei Autos. Auf diese Weise soll die CO -Emmission2

reduziert werden.

Kohlendioxid (CO ) treibt den Klimawandel voran, des-2

halb wird es immer wichtiger, den Ausstoß zu reduzieren.Innerhalb der Europäischen Union trägt allein derStraßenverkehr 23 Prozent zur CO -Emmission bei. Das2

Institut für Kunststofftechnik Darmstadt führt in Koope-ration mit der Industrie viele Forschungsprojekte durch,die sich mit diesem Thema befassen.

Der Fahrzeugbau erreicht CO -Reduktion in erster Linie2

durch Gewichtseinsparungen. Sehr effizient gelingt dasin Spritzgussverfahren, bei denen die Entwickler inno-vative Fertigungsverfahren mit integrativer Simulation

kombinieren. Grundsätzlich wird dabei der ganzheit-liche Ansatz betrachtet.

Schäumen und Gasinjektion

Die Forscher untersuchen Fertigungsverfahren wie dasSchäumen von Kunststoffen, die Gasinjektionstechnikoder das Hybridspritzgießen auf ihre Tauglichkeit fürden Leichtbau im Automobilbau.

In Kombination mit Strukturanalyse und Verfahrens-technologien ermöglicht die integrative Simulation einegezielte Topologie-Optimierung. Mittels Simulationlassen sich heute ganz neue Formteilgeometrien ent-wickeln, die gewichtsoptimiert auf den jeweiligenBelastungsfall ausgelegt werden.

Leichtbau bei Autos durch Strukturoptimierungvon Spritzgießformteilen

I KNSTITUT FÜR UNSTSTOFFTECHNIK

D :ARMSTADT

L KEICHTER FÜRS LIMA

Simulationstechnologie: Der Integrative Ansatz

Kontakt

Hochschule DarmstadtInstitut für Kunststofftechnik Darmstadt ikdProf. Dr. Thomas SchröderHaardtring 10064295 DarmstadtTelefon: +49 6151 1638523E-Mail: thomas.schröder@h-da.dehttps://fbmk.h-da.de/forschung

„Durch die gezielte Kombination von innovativen Verfahren und Materialienkönnen strukturoptimierte Formteile neue Leichtbaupotenzialen eröffnen.“

Prof. Dr. Thomas Schröder, Institut für Kunststofftechnik Darmstadt

Das Institut für Kunststofftechnik Darmstadt nutzt beiStrukturanalysen die Berechnung via Finite-Elemente-Methode und nutzt die Ergebnisse für die topologischeBauteiloptimierung. Die Forscher führen Versuche fürLeichtbauformteile durch und stellen Probekörper zurVergleichsmessung her. In einem ersten Schritt werdendie simulierten Ergebnisse mit den realen Mess-ergebnissen verglichen und die Modelle entsprechendgefittet. Wie die Ergebnisse zeigen, liegen die Simu-lationsergebnisse sehr nah an den gemessenen Werten.Dabei kommt unter anderem auch die additive Ferti-gung zum Einsatz.

Spannungs-Dehnungsdiagramm: Vergleich der Simulation mit der Messung

60 61

62

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Betriebsfester und funktions-integrierter Leichtbau

.17 H D :OCHSCHULE ARMSTADTG BANZHEITLICHE EWERTUNG

EU JTI CleanSky Flügeldemonstrator mit einer formvariablen Vorderkante im Windkanal

Pkw-Rad mit integriertem ElektromotorEU Enlight FKV Querlenker – zirka 35 Prozent leichter alsder Serienquerlenker aus Stahlblech 63

„Eine werkstoffgerechte, intelligente Leichtbaukonstruktion setzt im Kon-struktions- und Auslegungsprozess experimentell verifizierte Materialdatenvoraus und berücksichtigt neben Recyclingaspekten auch Fertigungs- undMontageanforderungen.“

Prof. Dr.-Ing. Andreas Büter, Fachbereich Maschinenbau undKunststofftechnik, h_da Hochschule Darmstadt

Kontakt

Hochschule DarmstadtFachbereich Maschinenbau und Kunststofftechnik(fb mk)Haardtring 10064295 Darmstadt

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit undSystemzuverlässigkeit LBFAbteilung Betriebsfester undfunktionsintegrierter LeichtbauProf. Dr.-Ing. Andreas BüterBartningstraße 4764289 DarmstadtTelefon: +49 6151 705 277E-Mail: andreas.bueter@lbf.fraunhofer.de

Die Leichtbauexperten aus Darmstadt bewerten undoptimieren Leichtbaustrukturen aus Sicht von Stabilitätund Betriebsfestigkeit.

In der Abteilung Betriebsfester und funktionsintegrierterLeichtbau am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeitund Systemzuverlässigkeit LBF und an der Hochschule inDarmstadt werden Komponenten aus faserverstärktenund unverstärkten Kunststoffen in der Ganzheitlichkeitvon Werkstoff, Konstruktion, Fertigung und Einsatzbewertet.Die Mitarbeiter untersuchen und optimieren derenEigenschaften und Lebensdauer und berücksichtigendabei reale, einsatzspezifische Betriebsbeanspru-chungen und Umgebungsbedingungen.

Diese Prüfung kombinieren die Leichtbauexperten mitden Einflüssen von Temperatur, Feuchtigkeit und Me-dien, wie zum Beispiel Kraftstoff und Hydraulikflüssig-keiten. Auf Basis experimenteller Erfahrung erarbeitetdie Abteilung Methoden für die rechnerische Lebens-dauerabschätzung in Verbindung mit der Finite-Ele-mente-Methode.

Die Erkenntnisse der Betriebsfestigkeit nutzen die Ex-perten unter anderem, um integrierte Strukturüber-wachungssysteme (SHM) zu entwickeln oder fürLeichtbau mit Funktionsintegration.

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FEM-Berechnung von Faserverbundbauteilen

.18 I S :FkL NGENIEURBÜRO CHUMACHERLEICHT UMGESETZT

FEM-Berechnung eines Flügels aus GFK für eine Windturbine(Bild: zentilia / iStock, modifiziert FkL Ingenieurbüro Schumacher)

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Mit modernen Finite-Elemente-Methoden unterstütztein junges Ingenieurbüro dabei, Ideen gewichtsarm zurealisieren.

Das FkL Ingenieurbüro Schumacher hat sich auf Faser-verbundwerkstoffe und Leichtbau spezialisiert. DasUnternehmen aus Weiterstadt hilft seinen Kunden,Produktideen in Carbon oder anderen Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) umzusetzen.

Die Ingenieure bieten unter anderem werkstoffgerechteGeometrieentwicklung, Drapiersimulation mit Ab-leitung der Zuschnitte, lagengenaue Berechnung vonFaserverbundbauteilen mit der Finite-Elemente-Soft-ware Ansys ACP sowie die Optimierung von Laminat inBezug auf Anstrengungen, Steifigkeit, Gewicht undKosten.

Unterschiedliche Bruchmodi

Bei der Berechnung von Bauteilen aus Faserverbund-kunststoff muss sich das Unternehmen unterschied-lichen Herausforderungen stellen. Zum Beispiel versagtLaminat je nach Faserrichtung und Belastung inunterschiedlichen Bruchmodi. Außerdem streuenMaterialparameter oft stark und hängen von denFertigungsverfahren ab. Darüber hinaus sind Last-einleitungen bei hoch ausgereizten Leichtbau-konstruktionen kritisch.

Für seine Kunden konstruiert das Unternehmenwerkstoffgerechte Geometrien für ein gewünschtesBauteil und legt es mit modernen Finite-Elemente-Methoden aus. Einer der Vorteile der FEM-Berechnungbesteht darin, dass weniger Versuchsreihen mitPrototypen notwendig sind. Das senkt die Kosten beider Entwicklung komplexer Bauteile und beschleunigtden Entwicklungsprozess.

Kontakt

FkL Ingenieurbüro SchumacherM.Sc.Jana SchumacherEgerländer Straße 664331 WeiterstadtTelefon: +49 6150 8308984E-Mail: info@fkl-ing.dewww.fkl-ing.de

„Unser Ziel ist es, durch FEM-Simulationen eine bessere Werkstoffausnutzungzu erreichen und den Entwicklungsprozess effizienter zu gestalten.“

Jana Schumacher, Geschäftsführerin des FkL Ingenieurbüros Schumacher

Zwischenfaserbruchanstrengung im CFK-Laminat eines Fahrradrahmens(Bild: FkL Ingenieurbüro Schumacher)

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.19

An der Universität Kassel untersuchen Forscher dieVersagensmechanismen von Leichtbaustrukturen, umBauteile künftig näher an der Belastungsgrenze aus-legen zu können.

Wie können Leichtbauwerkstoffe in Zukunft sicherer undzuverlässiger gestaltet werden? Das Fachgebiet Hetero-gene Werkstoffe am Institut für Werkstofftechnik derUniversität Kassel untersucht hierzu Polymerwerkstoffe,die wegen ihrer strukturellen Beschaffenheit eineHeterogenität aufweisen.

Das werkstoffliche Portfolio umfasst sämtliche Leicht-bauwerkstoffe. Dazu zählen geschäumte, eigen-verstärkte oder gefüllte und gradierte Polymere sowieHybridwerkstoffe, vornehmlich Kunststoff-Metall-Hybridstrukturen. Dabei geht es zunächst nicht nur umspezielle Leichtbauapplikationen. Vielmehr sollenverschiedene Ansätze zur Interpretation und zumVerständnis der Versagensmechanismen auf werkstoff-licher Ebene verfolgt werden. Ortsaufgelöste Analyse-

methoden wie die In-situ-Detektion von Spannungs-überhöhungen durch REM, CT oder Lichtmikroskopiewerden daneben ebenso berücksichtigt wie die Be-trachtung von Randzoneneffekten und Initiierungs-mechanismen von Rissbildungen.Ebenfalls miteinbezogen werden zyklisch-dynamischeBelastungsszenarien oder crashrelevante Spezifikasowie Alterungsbeständigkeiten mit und ohne Medien-einfluss.

Diese Fragestellungen leisten einen wesentlichenBeitrag zur Auslegung von Leichtbauwerkstoffen. DasFachgebiet Heterogene Werkstoffe will das Kennt-nisspektrum über diese Werkstoffe stärker ausbauenund dabei vor allem die Hoch- und Langzeitbean-spruchungen berücksichtigen. So wollen die Forscherdie Sicherheit der betrachteten Werkstoffe erhöhen. DerAnspruch ist, zukünftig enger an die Belastungsgrenzenauslegen zu können, um Leichtbaupotenziale zu hebenund dadurch effizienteren Leichtbau zu betreiben.

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Charakterisierung heterogenerLeichtbauwerkstoffe

I WNSTITUT FÜR ERKSTOFFTECHNIKU K :DER NIVERSITÄT ASSEL

N BÄHER AN DIE ELASTUNGSGRENZE

Risswachstum an einem gekerbten Prüfkörper aus PA66-GF35

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Kontakt

Universität KasselInstitut für WerkstofftechnikHeterogene WerkstoffeProf. Dr.-Ing. Angela RiesMönchebergstraße 334125 KasselTelefon: +49 561 8043675E-Mail: angela.ries@uni-kassel.dewww.ifw-kassel.de

„Leichtbau ist eine wesentliche Schlüsseltechnologie. Um diese weiter voran-zutreiben, ist es essenziell, das werkstoffliche Verständnis über Leichtbau-werkstoffe auszubauen, um zukünftig effizienter an die Belastungsgrenzenauslegen zu können.“

Prof. Dr.-Ing. Angela Ries, Institut für Werkstofftechnik, Universität Kassel

Zyklisch-dynamische Materialprüfung eineskurzfaserverstärkten Kunststoffs

Institut für Werkstofftechnik

Heterogene Werkstoffe

Prof. Dr.-Ing. Angela Ries

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Das Fraunhofer LBF macht sich um die Zukunft desLeichtbaus in der Mobilitätsbranche verdient: DasInstitut weist die Zuverlässigkeit von CFK-Bauteilen inFlugzeugen nach und entwickelt zum Beispiel Primär-komponenten für Elektroautos.

Um das Gewicht von Flugzeugen weiter zu reduzieren,greifen Konstrukteure vermehrt zu kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffteilen (CFK). Entscheidend ist es,die Zuverlässigkeit dieser Komponenten im Flugbetriebnachzuweisen. Dank eines neuartigen Strukturüber-wachungssystems für eine Flugzeug-Rumpfstruktur hatdas Fraunhofer LBF in Zusammenarbeit mit zwei wei-teren Fraunhofer-Instituten diesen Nachweis erbracht.

Die Wissenschaftler entwickelten im Rahmen deseuropäischen Luftfahrtforschungsprojektes Clean Skyein Messkonzept, das sie in einem Flugzeugrumpfinstallierten und erprobten. Mithilfe von optischenMessfasern und piezo-basierten Sensoren konnten siedie realen Lasten in großer Höhe ermitteln und dieStruktur überwachen. Basierend auf diesen Ergebnissenist es nun möglich, Komponenten zu optimieren unddamit Gewicht zu sparen. Darüber hinaus können dieseLeichtbauteile auch länger in Betrieb bleiben.

Leichtbau mit System

Ressourcenproduktivität und -effizienz sind zentraleElemente einer Nachhaltigkeitsstrategie für Produkte,von der Herstellung, über die Nutzung bis zur Ent-sorgung. Im Betrieb ist das Gewicht oft von entschei-dender Bedeutung. Die Fahrwiderstände eines Kraft-fahrzeugs etwa, und damit der Kraftstoffverbrauch, sindunmittelbar von seiner Masse abhängig. Leichtbau wirdzum konkreten Entwicklungsziel.

Effiziente Lösungen umfassen viele Aspekte: Werkstoff-entwicklung und -verarbeitung, Auslegung, Konstruk-tion, Fertigungs- und Fügetechnologie, Bewertungs-und Nachweisverfahren, die auch unter dem Aspekt derWirtschaftlichkeit überzeugen müssen. Solche Auf-gaben zu lösen, erfordert umfassendes Knowhow undsystemisches Verständnis. Die Kenntnis relevanter Belas-tungszustände und -häufigkeiten ist Voraussetzung, umeine Konstruktion zu optimieren: LBF-Wissenschaftlerermitteln hierfür Lastdaten mit rechnerischen undmesstechnischen Methoden. Für maschinenbaulicheProdukte, insbesondere für sicherheitsrelevante Kompo-nenten, ist Leichtbau nicht ohne Betriebsfestigkeitdenkbar.

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Effektive Mobilität mit Leichtbau

Selbst entwickeltes Konzeptfahrzeug des Fraunhofer LBF mit 10 kWhLFP-Zellen Batterie und integriertem Batterie-Managementsystem

.20 F LBF:RAUNHOFERJ KEDES ILO ZÄHLT

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So leicht wie möglich

Stahl und Eisenguss, NE-Metalle sowie Sinterwerkstoffe,aber auch Polymer- und faserverstärkte Composite-Materialien, werden in den akkreditierten Laboren desFraunhofer LBF umfassend geprüft. Statistische Metho-den und modernste zerstörungsfreie Prüfverfahren – u. a.Computertomographie – machen die Ergebnisse sicherund exakt. Mit systemischem Blick auf den Leichtbauentstehen Produkte, die so leicht wie möglich sind undfür die vorgesehene Nutzungsdauer ihre Funktion sicherund zuverlässig erfüllen. Oder Bauteile mit integriertenSensoren, Aktoren und Funktionselementen, die War-tungs- und Servicebedarf melden oder sogar aktiv in dasStrukturverhalten eingreifen.

Festigkeit, Haltbarkeit und Schwingungsverhaltendefinieren Randbedingungen und Anwendungs-grenzen für viele Leichtbaulösungen: Das FraunhoferLBF unterstützt bei konzeptionellen Fragestellungen, inder Entwicklung sowie abschließend bei Test undValidation.

Kontakt

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit undSystemzuverlässigkeit LBFBartningstraße 4764289 DarmstadtTelefon: +49 6151 705-0E-Mail: info@lbf.fraunhofer.dewww.lbf.fraunhofer.de

„Intelligente Leichtbaulösungen müssen auch in sicherheitskritischen Bau-teilen zuverlässig funktionieren.“

Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz, Institutsleiter, Fraunhofer-Institut fürBetriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Bodentest im Labor: Ein spezieller Messaufbau erfasst die durch Auf-blasen simulierte zyklische Innendruckbelastung an einem Flugzeugrumpf.(Bild: ©Leonardo)

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Das Ingenieurbüro ICM-Composites aus Weiterstadtwirkt am Luftfahrtforschungsprogramm des Wirt-schaftsministeriums mit. Die Faserverbund-Expertenwollen Leichtbauflugzeuge noch sicherer und effi-zienter machen.

Wie und aus welchem Faserverbundwerkstoff ein Bauteilgefertigt wird, kann den Erfolg eines Leichtbauprojektsentscheidend beeinflussen. Deshalb sollte die spätereBauteilfertigung bereits beim ersten Konstruktions-entwurf berücksichtigt werden.

Das wissen auch die Ingenieure von ICM-Composites.Die Leichtbauexperten aus Weiterstadt haben mehr als30 Jahre Erfahrung in der Arbeit mit Faserverbund-Werk-stoffen. Mit detaillierten Berechnungen, Prototypenbau,Prozessentwicklung und Bauteilprüfung unterstützen sieihre Kunden bei deren Vorhaben.

Für Messungen und Untersuchungen stehen dem Unter-nehmen ein hauseigenes Faserverbund-Technikum undein Prüflabor zur Verfügung. Am Computer entwickelteBauteile können so auf kürzestem Wege umgesetzt undgeprüft werden. Dank dieser Arbeitsweise erkennen dieIngenieure mögliche Probleme bei der praktischen Bau-teilfertigung bereits im Ansatz und können sie direktbeheben.

Nur mit Faserverbunden möglich

Gewichtsersparnis und freie Formgebung sind häufigdie ersten Argumente für den Einsatz von Faserverbund-strukturen. Aber es gibt noch weitere: Beispielsweisemachen Faserverbunde gezielt einstellbare Steifigkeitenfür Rotorblattstrukturen oder bestimmte Kraft-Weg-Verläufe von Federelementen überhaupt erst möglich.Mit keinem anderen Werkstoff würden sich die ge-wünschten Eigenschaften realisieren lassen.

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In-Situ-Festigkeiten vonFaserverbundwerkstoffen

.21 ICM-C G H & C . KG:OMPOSITES MB OF FLIEGENDE ASERN

Biegeprüfung im eigens entwickelten, kundenspezifischenSonderprüfstand

Faserparalleler Druckversuch mit optischer Dehnungsmessungüber DIC (Digital Image Correlation)

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Kontakt

ICM-Composites GmbH & Co. KGIngenieurbüro für LeichtbauDr.-Ing. Christoph MöllerEgerländer Straße 664331 WeiterstadtTelefon: +49 6150 8308970E-Mail: info@icm-composites.dewww.icm-composites.de

Projekt

LUFO-Projekt GeAviBoo (General Aviation Booster):Faserverbund-Werkstoffprüfung bei ICMfür den Leichtflugzeugbau

„Die Möglichkeiten und Potenziale von Faserverbundstrukturen sind immerwieder faszinierend.“

Benedict Krowarz, Entwicklungsingenieur beiICM-Composites GmbH & Co. KG

Im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms (LUFO)des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie(BMWi) ermittelt ICM-Composites derzeit In-Situ-Festig-keiten von Faserverbund-Schichten in realen Struktur-laminaten. Das kommt vor allem der Weiterentwicklungvon Leichtbauflugzeugen zu Gute. Dank des generiertenWissens sollen sie künftig noch sicherer und effizienterdurch die Luft gleiten.

Als nächstes will ICM sein Technikum und sein Prüflabormit einem servohydraulischen Ermüdungsprüfstandausstatten. So können die Ingenieure die noch wenigerforschten Aspekte der Betriebsfestigkeit von Faser-verbunden vertieft untersuchen. Das soll helfen, dieFaserverbundbauteile noch besser auf die späterenBelastungskollektive auszulegen.

Festigkeits- und Steifigkeitsermittlung an gewickelten oder infiltriertenRohrprobekörpern auf Zug, Druck und/oder Torsion (ZDT)

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Das junge Unternehmen Kargon aus Weiterstadtentwickelt Lastenräder, die wendig und leicht sind.Das gelingt vor allem durch spezielle Konzepte fürRahmen und Lenkung.

Handelsübliche Lastenräder erreichen nicht selten einGesamtgewicht von mehr als 40 Kilogramm. VieleMenschen haben Schwierigkeiten, dieses Gewicht injeder Alltagssituation angemessen zu handhaben. DieFirma Kargon aus Weiterstadt will das ändern. Dasjunge Unternehmen entwickelt Lastenfahrräder mit undohne Elektroantrieb,die zugleich leicht und wendig sind.

Leichtbau bei Rahmen und Lenkung

Um das Gewicht seiner Cargo-Bikes möglichst niedrigzu halten, setzt Kargon auf konstruktiven Leichtbau. Dasbeginnt beim Rahmen des Transportrades, der in Ein-holmbauweise mit zentralem Torsions- und Biegeträgerausgeführt ist. Durch eine ausführliche Analyse mitFinite-Elemente-Methode hat Kargon diese Kon-struktion unter Leichtbauaspekten optimiert. Trotz einerGesamtzuladung von 160 Kilogramm gelang es demUnternehmen, das Eigengewicht des Lastenradrahmensunter sieben Kilogramm zu halten.

Für die Lenkung hat das Unternehmen ein eigenesKonzept entwickelt, das auf Leichtigkeit und Wendigkeitabzielt. Die Lenkung bedient sich eines Seilzuges, dereinen Lenkeinschlag von mehr als 90 Grad ermöglicht.Das hilft dem Fahrer vor allem beim Rangieren anschwierigen oder engen Stellen, etwa vor dem Eingangeines Supermarktes. Darüber hinaus kann das Lenk-system auf jeder beliebigen Federgabel montiertwerden.

Vor allem Sicherheit

Auch bei der Ladung ist Leichtigkeit Trumpf: Dasmodulare Ladekonzept des Fahrradrahmens verfügtüber fünf universelle Anbindungspunkte, an denen eineklapperfreie Transportbox mit 120 Litern Volumenangebracht werden kann. Die Ladebox besteht auseinem Aluminiumbügel mit vorgespannter Lkw-Planeund wiegt nur wenige Kilogramm. Alternativ können dieKunden aber auch eigene Lösungen montieren.

Um die Sicherheit ihrer Lastenräder unter allen Um-ständen zu gewährleisten, hat Kargon alle Materialienund Komponenten im Labor geprüft und ausgiebig

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Leichtbau macht Cargo-Bikesnutzerfreundlicher

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Lastenradrahmen

Lenkrolle hinten

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Kontakt

Kargon GmbHEgerländer Straße 664331 WeiterstadtTelefon: +49 6150 8649111E-Mail: info@kargon.dewww.kargon.de

„Wir fertigen einen großen Teil der Fahrradteile wie etwa den Hauptrahmenund unsere Transportlösungen inhouse. Denn nur so können wir sicherstellen,dass unser Anspruch an Qualität und Zuverlässigkeit erreicht wird.“

Andreas Muth-Hegener, Mitgründer der Kargon GmbH

getestet. Alle Prüfungen führt das Unternehmen auf ge-eichten Prüfmaschinen der Firma Zwick Roell in seinemvoll klimatisierten und zertifizierten Prüflabor durch.Derzeit arbeitet Kargon daran, seine Lastenräder weiter-zuentwickeln und ihnen neue Funktionen hinzuzufügen.Beispielsweise sollen weitere Ladekonzepte und eineoptionale Automatikschaltung integriert werden. Auchdie Möglichkeit einer weiteren Modellreihe haben dieEntwickler ins Auge gefasst.

Das Lastenrad der Kargon GmbH aus Weiterstadt

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Im Werkzeugmaschinenbau sind die physikalischenGrenzen von Stahl mittlerweile ausgereizt. Die Carbon-Drive GmbH zeigt mit Vollcarbon-Motorspindeln einenWeg in die Zukunft.

Die Carbon-Drive GmbH aus Weiterstadt ist weltweit dererste Hersteller von Vollcarbon-Motorspindeln für denWerkzeugmaschinenbau. Das Unternehmen hat seineWurzeln am Institut Konstruktiver Leichtbau und Bau-weisen von Prof. Dr.-Ing. Schürmann der TU Darmstadt.

Die Motorspindel ist das Herz jeder modernen Werk-zeugmaschine und hat großen Einfluss auf die Pro-duktivität und Qualität der Maschine. Sie besteht auseiner elektrisch angetriebenen Welle mit integrierterWerkzeugschnittstelle, die durch Rotation das Werk-stück bearbeitet. Im Minutentakt wird die Welle bis auf60.000 Umdrehungen pro Minute beschleunigt undwieder abgebremst.

Die Bedeutung von Motorspindeln für die deutscheIndustrie versinnbildlicht ein gewöhnliches Auto,das ausrund 10.000 Einzelteilen besteht. Die große Mehrheitdieser Teile benötigt zur Herstellung eine eigene Werk-zeugmaschine, die mit einer oder mehreren Motor-spindeln ausgestattet ist. Die Effizienz der Bauteil-fertigung hängt unter anderem von der Performance derMotorspindeln ab. Hierbei ist der Markttrend im Werk-zeugmaschinenbau seit Jahrzehnten eindeutig: höhereProduktivität bei größtmöglicher Präzision, Dynamik undOberflächengüte.

Die physikalische Grenze von Stahl

Mittlerweile sind jedoch fast alle hochbeschleunigtenund -belasteten Komponenten so weit ausgereizt, dassdie physikalischen Grenzen von Stahl erreicht sind. Deraktuelle Weg, durch teure Zusatzkomponenten dienegativen Effekte von Stahl zu kompensieren,gelingt nurbegrenzt und ist bislang nur für Nischenanwendungbezahlbar.

Beispielsweise werden aufwendige Kühlkreisläufe in dieSpindelwelle integriert, um das thermische Längen-wachstum der Welle zu kompensieren und damit dieWiederholgenauigkeit der Spindel zu verbessern. Diesist vor allem in Hochpräzisionsanwendungen ent-scheidend, wo strenge Maßhaltigkeit und kleine Tole-ranzfelder sowie gute Oberflächenqualitäten gefordertsind.

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Faserverbund-Lösungen im Maschinenbau

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Die Motorspindel ist die Kernkomponente jeder Werkzeugmaschineund ist damit entscheidend für dessen Produktivität.

Schematische Darstellung einer Motorspindel inkl. GFK Federpaketzum Spannen der Werkzeuge 75

Kontakt

Carbon-Drive GmbHDr. -Ing. Martin KlimachAlexander Brechtel, M. Sc.Egerländer Straße 664331 WeiterstadtTelefon: +49 6150 8309238E-Mail: klimach@carbon-drive.deE-Mail: brechtel@carbon-drive.dewww.carbon-drive.de

Gesetzliche und gesellschaftliche Forderungen nachmehr Nachhaltigkeit und gesteigerter Ressourcen-effizienz verschärfen das Problem zusätzlich: DieMaschinen sollen nicht nur produktiver und präziserwerden, sondern gleichzeitig weniger Energie ver-brauchen. Darum setzt die Carbon-Drive GmbH aufMotorspindeln aus Vollcarbon.

Klare Vorteile gegenüber Stahl

Das Unternehmen bietet die komplette Prozesskettevon der Auslegung über die Herstellung bis zurQualitätssicherung der Faser-Kunststoff-Verbund-Komponenten (FKV). Das Produktspektrum reicht voneinfachen Komponenten wie neuartigen Glasfaser-Federn zum Spannen der Werkzeuge über ultrapräziseCarbon-Spindelwellen bis hin zu kompletten Funktions-einheiten wie Vollcarbon-Motorspindeln.

Carbon verfügt über eine hohe spezifische Steifigkeit. Esist sehr leicht und hat durch den richtigen Faserwinkelkeine thermische Dehnung. Das bietet klare Vorteilegegenüber herkömmlichem Stahl und wirkt sich un-mittelbar auf die Werkzeugmaschinen aus.

Erstens führt ein um 90 Prozent verringertes Spindel-nasenwachstum zu höchstmöglichen Präzisions-ergebnissen und verringert die Ausschussquoten.Zweitens reduziert der Carbon-Einsatz die Masse um 50Prozent, was den Energieverbrauch senkt und Kostenspart. Drittens steigert Carbon alle Beschleunigungs-vorgänge um 50 Prozent und verkürzt somit dieWarmlaufzeiten. Die Maschinen sind also früherbetriebsbereit, was die Produktivität steigert.

Ziel von Carbon-Drive ist, durch den Einsatz von Carboneinen Technologiesprung in der Frästechnologieeinzuläuten und sich als führender Hersteller vonüberlegenen Faser-Kunststoff-Verbund-Spindeln undangrenzenden Bauteilen für den Werkzeugmaschinen-bau zu etablieren.

„In vielen anderen Branchen, wie in der Luft- und Automobilbranche, hat sichCFK schon lange durchgesetzt.Auch im Werkzeugmaschinenbau lässt sich mitCFK der nächste Technologiesprung einleiten.“

Dr.-Ing. Martin Klimach, Geschäftsführer der Carbon-Drive GmbH

Carbon-Drive gewinnt den Innovationsaward in der Kategorie Antriebs-technik auf der EMO 2017 (Weltleitmesse für Metallbearbeitung).

Carbon-Drive

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N UNDETZWERKEVERBÄNDEIM LEICHTBAU

8.1 REGIONALENETZWERKE

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Bauindustrieverband Hessen-Thüringen e.V.

Leichtbau liefert einen wichtigen Beitrag zur Ressour-ceneffizienz, gerade im Baubereich. Nicht nur imklassischen Holz- und Trockenbaubereich, mit Inno-vationen in Mauerwerk oder Carbonbetontechnologie,auch in der Entwicklung neuer Leichtbau-Verbund-Techniken ist die Bauindustrie im Vergleich mit anderenBranchen bereits heute ein hochinnovativer Markt.Bezüglich Leichtbau-Patenten bezogen auf die gesamtePatentaktivität des Sektors ist die Bauindustrie an derSpitze der Innovation, gefolgt vom Transportsektor. InAnbetracht der Vorteile leuchtet das ein. Bei gleich-bleibender oder sogar optimierter Funktionalität wirdGewicht eingespart, weniger Material und Energiebenötigt. Bereits heute werden neue Designs mitarchitektonisch sehr leichten und filigran gestaltetenKonstruktionen umgesetzt. Das gleiche gilt für sehr weitspannende Konstruktionen oder mobile bzw. temporäreBauwerke.

Die bauindustriellen Verbände begleiten hier eine breitePalette an Initiativen. Unter anderem ist der Haupt-verband der Deutschen Bauindustrie im Beirat der Initia-tive Leichtbau des BMWi und im Programm-Komitee derCarbon- und Textilbetontage engagiert.

Weitere Informationen:www.bauindustrie-mitte.de

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Bionik-Netzwerk Hessen

In der Bionik dient die Natur als Ideengeber für dieEntwicklung von technischen Produkten und Verfahren.Als interdisziplinäres Netzwerk von Biologie und Technikwurde das Bionik-Netzwerk Hessen im Jahr 2012 durchdas Hessische Wirtschaftsministerium initiiert. Die Ge-schäftsstelle des Bionik-Netzwerkes ist bei der HessenTrade & Invest GmbH angesiedelt.

Über die angebotenen Aktivitäten bringt es Ingenieure,Techniker, Biologen, Produktdesigner und Unternehmeraus verschiedenen Branchen zum interdisziplinären Aus-tausch miteinander ins Gespräch. Der Austausch vonWissen und die Entwicklung gemeinsamer Projekte sinddie grundlegenden Ziele des Netzwerkes. Die Schwer-punkte liegen in den Bereichen Leichtbau, Robotik undOberflächen.

Das Bionik- Netzwerk Hessen bildet hierfür den orga-nisatorischen Rahmen und unterstützt die Akteureberatend und durch flankierende Maßnahmen, wieVeranstaltungen und die Bereitstellung von Infor-mationen. Das Netzwerk unterstützt bei der Anbahnungbionischer Forschungs- und Entwicklungsprojekte undbietet Informationen,vermittelt Kontakte.Die bekannte Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb“des Netzwerkes richtet sich an Unternehmen, Wissen-schaft und Politik und wird von der Geschäftsstellekonzipiert und organisiert.

Weitere Informationen:www.bionik-hessen.de

Competence Center Aerospace Kassel-Calden (CCA)

Die zivile Luftfahrtindustrie und Luftverkehrswirtschaftwachsen seit Jahren – und auf Jahre hinaus. Dabei stellenbeide Bereiche hohe Anforderungen an etablierte undneue Akteure: Zunehmend komplexe und globalisierteEntwicklungs- und Produktionsprozesse und hoherKostendruck charakterisieren das Markt- und Tech-nologieumfeld. Neben technologischer Exzellenz wirdinsbesondere auch die Fähigkeit zur Zusammenarbeitzum Schlüsselfaktor, um dauerhaft am boomendenLuftfahrzeugbau und Luftverkehr zu partizipieren. ImFokus steht hier auch der verstärkte Einsatz neuerLeichtbaumethoden und -materialien, immer mit demZiel Gewicht und somit Kraftstoffverbrauch und Umwelt-wirkungen zu verringern.

Vor diesem Hintergrund haben sich inzwischen 50Unternehmen und Forschungsinstitute im CompetenceCenter Aerospace Kassel Calden – kurz: CCA – mit demZiel versammelt, ihre Fähigkeiten/Ressourcen zu bün-deln, zu stärken und zu vermarkten. Eigeninitiative undpartnerschaftliche Zusammenarbeit auf der Basis räum-licher und inhaltlicher Nähe sind unsere Erfolgsfaktoren.

Als professionelle Vernetzung-, Vermarktungs- undInnovationsplattform in den Zielfeldern „Luftfahrt-technik“ und „Airporttechnik“ haben sich das CCA undseine Mitglieder beachtliche Aufmerksamkeit in derRegion und weit darüber hinaus erarbeitet. DiesesFundament gilt es auszubauen und in Markterfolge undTechnologiefortschritte zu übersetzen.

Wir freuen uns auf Ihre Mitarbeit!

Weitere Informationen:www.cca-kassel.de

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Das Holzbau Cluster Hessen (pro holzbau hessen)

Der Wohnungsbau in Hessen ist einer der bedeu-tendsten Zielmärkte für das Holzbau Cluster Hessen.Besonders durch die immer größere Nachfrage imurbanen verdichteten Bauen und in der Bestands-sanierung bietet die Branche ausgezeichnete Ent-wicklungschancen. Der Rohstoff Holz verfügt überhervorragende technologische, ökologische und ener-getische Potenziale und trägt damit wesentlich zurErreichung der Klimaschutzziele des Landes bei.

Ein besonderer Vorteil des Holzbaus besteht in derMöglichkeit einer umfassenden Vorfertigung der Bau-teile im Betrieb. Hierdurch können Holzbauten in sehrkurzer Zeit und bei minimaler Beeinträchtigung derAnlieger errichtet werden. Ein weiteres Argument fürden Einsatz von Holz im Bau und Ausbau ist dieKlimaneutralität und der minimale Energieaufwand vonHolz als Roh-und Baustoff.

Durch die Integration der drei wesentlichen Dimen-sionen Ökologie, Ökonomie und Soziokultur erfüllt derHolzbau schon heute die Anforderungen für nach-haltiges Bauen. Besonders die stoffliche Verwertung vonHolz fördert in idealer Weise die Funktion des Holzes alsKohlenstoffspeicher.Das Holzbau Cluster Hessen positioniert sich im Netz-werk Holz als Koordinator zwischen Betrieben, For-schungseinrichtungen, Dienstleistern und weiterenInstitutionen der stofflichen Verwertung sowie denKunden und kommunalen Einrichtungen. Optimierungder Kommunikation und Kooperation zwischen Betrie-ben und Institutionen sind im Sinne der Nachhaltigkeitund Ressourcenschonung erklärtes Ziel des Holzbau-clusters.

Weitere Informationen:www.holzbau-cluster-hessen.com

Bilder: Thomas Ott, Mühltal

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KCN – Kunststoff Cluster Nordhessen

Das Kunststoff Cluster Nordhessen bietet interessiertenUnternehmen, Institutionen und Personen eine Basis fürden Austausch von Informationen, Fragestellungen undErfahrungen in dem nahezu gesamten Bereich derWertschöpfungskette Kunststoffe. Die Entwicklungbeziehungsweise Weiterentwicklung von Verfahren,Maschinen und von Kunststoffprodukten in Kooperationist selbsterklärte Aufgabe des Netzwerkes.

Organisatorisch ist das Cluster in den Verein Inno-vationszentrum Kunststofftechnik e.V. eingebunden unddeckt nicht zuletzt durch die Nähe zum FachgebietKunststofftechnik der Universität Kassel und dank lang-jähriger vertrauensvoller Beziehungen zu weiterenForschungseinrichtungen ein breites Kompetenzfeld imBereich der Kunststoffe und des Leichtbaus ab. DenSchwerpunkt bilden hierbei sogenannte Multimaterial-systeme, insbesondere Kunststoff / Kunststoff- undKunststoff / Metall- Hybriden.

Im Rahmen unterschiedlicher Veranstaltungsformateund Aktivitäten bietet das Clustermanagement denAkteuren intensiven technisch-wissenschaftlichen Aus-tausch und fördert aktiv die Vernetzung. Die Entwicklungund Begleitung von Kooperationsprojekten stelleneinen Schwerpunkt der Aktivitäten des Clustermanage-ments dar.

Weitere Informationen:www.kunststoffe-nordhessen.de

Kompetenznetz Adaptronik e.V.

Das Technologienetzwerk wurde 2007 auf Initiative desFraunhofer LBF als regionales Netzwerk Rhein-MainAdaptronik e.V. in Darmstadt gegründet. Hier ist dieGeschäftsstelle weiterhin allokiert. Die Mitglieds-organisationen des Netzwerks sind inzwischen bundes-weit angesiedelt. Dazu zählen kleine und mittlereBetriebe sowie große Industrieunternehmen. Hinzukommen Universitäten, Fachhochschulen und For-schungseinrichtungen.

Der Verein bietet ein breites Kompetenzspektrum rundum die Adaptronik, von Materialien und Werkstoff-technik über Sensorik und Aktorik bis hin zu Prototypingund Prüftechnik, von der Grundlagenuntersuchung biszur Anwendung.

Ziel des Vereins ist es, Akteure aus Wirtschaft undWissenschaft an unterschiedlichen Stellen der Wert-schöpfungskette miteinander zu vernetzen und weiterePotenziale der „smarten“ Strukturen und Systeme zuerarbeiten bzw. diese weiter auszuschöpfen. Dazuzählen i. B. auch Funktionsintegration und Leichtbaudurch aktive Strukturmaßnahmen. Das KompetenznetzAdaptronik e. V. richtet sich mit seinem Leistungs-angebot vor allem an die Zielmärkte Automotive,Maschinen- und Anlagenbau, Luft- und Raumfahrt sowieAutomation und Sondermaschinenbau.

Der Verein bietet seinen Mitgliedern eine Plattform zumvertrauensvollen Erfahrungsaustausch und zur Um-setzung gemeinsamer Projekte.

Weitere Informationen:www.kompetenznetz-adaptronik.de

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CFK Valley e.V.

Der Verein CFK Valley e.V. ist ein weltweitführendes Kompetenznetzwerk derFaserverbund-Industrie mit rund 120regionalen, nationalen und internationalenMitgliedern.www.cfk-valley.com

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8.2 ÜBERREGIONALEVEREINIGUNGEN

C³ – Carbon Concrete Composite e. V.

Das C³-Projekt entwickelt mit über 160Partnern aus Unternehmen, Forschung undVerbänden den neuartigen Materialverbundaus Carbonfasern und Hochleistungsbeton –Carbonbeton.www.bauen-neu-denken.de

Carbon Composites e.V.

Der Carbon Composites e.V. (CCeV) ist einVerbund von Unternehmen und Forschungs-einrichtungen, der die gesamte Wert-schöpfungskette der Hochleistungs-Faser-verbundwerkstoffe in Deutschland,Österreich und der Schweiz abdeckt.www.carbon-composites.de

Composites Germany

Die vier starken Organisationen für Compo-sites AVK, CFK-Valley, CCeV und VDMAhaben ihre Kräfte zu einer Wirtschaftsvereini-gung gebündelt, um die ZukunftsthemenHochleistungs-Composites und auto-matisierte Produktionstechniken in und fürDeutschland voranzubringen.www.composites-germany.org

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Gesamtverband der Aluminiumindustrie e.V.(GDA)

Der GDA-Gesamtverband der Aluminium-industrie e.V. mit Sitz in Düsseldorf ist eineVereinigung von über 100 Aluminium-unternehmen, die Rohaluminium oderAluminiumprodukte auch im Verbund mitanderen Werkstoffen herstellen.www.aluinfo.de

GKV/TecPart - Verband TechnischeKunststoff-Produkte e.V.

GKV/TecPart ist die Interessenvertretung fürHersteller, Recycler und Compoundeuretechnischer Kunststoff-Produkte in Öffent-lichkeit, Politik sowie (inter-)nationalenGremien.www.tecpart.de

igeL – InteressengemeinschaftLeichtbau e. V.

Die igeL ist ein Netzwerk aus Industrie,Lehre und Forschung mit dem SchwerpunktMöbel- Innenausbau sowie mobile spaces.www.igel-ev.net

IndustrievereinigungVerstärkte Kunststoffe e. V. (AVK)

Die AVK ist die älteste Interessengemein-schaft der Kunststoffindustrie in Deutsch-land. Mit zirka 240 Mitgliedsunternehmenist die AVK einer der größten Verbände imBereich verstärkte Kunststoffe bzw. Compo-sites in Europa.www.avk-tv.de

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Forschungskuratorium Textil e.V.

Das Forschungskuratorium Textil e.V.bietet Zugang zu vorwettbewerblichenForschungsergebnissen der Textilbranche.Hierzu zählen auch zahlreiche Leichtbau-themen.www.textilforschung.de

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Fraunhofer Allianz Leichtbau

In der Fraunhofer-Allianz Leichtbau bündeltsich die Kompetenz von 18 FraunhoferInstituten mit dem Ziel, bei der anwendungs-orientierten Entwicklung innovativer Leicht-baulösungen zu unterstützen.www.leichtbau.fraunhofer.de

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Industrieverband Veredlung - Garne -Gewebe - Technische Textilien e.V.

Der IVGT ist Deutschlands größter textilerFachverband. Zahlreiche Technische Textilieneignen sich für den Leichtbau, und werdenvon unseren Mitgliedern hergestellt.www.ivgt.de

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Fraunhofer MATERIALS

Der Fraunhofer-Verbund MATERIALS vereint16 Institute und steht damit für eine breitematerialwissenschaftliche Kompetenzbasis.Der Verbund ist Mitglied der InitiativeLeichtbau.www.materials.fraunhofer.de

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MS Multi Mat – Mikrosysteme auf Basismultifunktionaler Materialverbunde

Das Netzwerk unterstützt seine Mitgliederbeim Wissensaustausch und der Bean-tragung von Forschungsgeldern zur Entwick-lung von Mikrosystemtechnikproduktenz. B. Sensorik für Faserverbunde.www.msmultimat.de

PlasticsEurope Deutschland e.V. – Verbandder Kunststofferzeuger

Kunststoff spielt eine Schlüsselrolle beialternativen Antrieben und modernerMobilität.Das Know-how der Kunststofferzeuger trägtdabei entscheidend zur Entwicklung innova-tiver Leichtbaulösungen bei.www.plasticseurope.de

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VDMA-Arbeitsgemeinschaft HybrideLeichtbau Technologien

Die 205 Mitglieder umfassende AG dientdem Austausch von Maschinen- und An-lagenbau zur Herstellung hybrider Leicht-baukomponenten mit Anwenderindustrien,Zulieferern und Forschung.www.lightweight.vdma.org

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VERBAND FÜR SCHIFFBAU UNDMEERESTECHNIK e. V.

Der VSM ist die politische und wirtschaft-liche Interessenvertretung der deutschenmaritimen Industrie. Er vertritt direkt undindirekt mehr als 550 Unternehmen undForschungseinrichtungen.www.vsm.de

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Verband der Chemischen Industrie e.V.

Der VCI ist eine politische Interessens-vertretung, die darüber hinaus über ihreFach- und Landesverbände und ihreFachgremien in zahlreichen NetzwerkenExpertise zum Thema Materialforschungund innovative Materialien einbringt.www.vci.de

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Initiative Massiver Leichtbau

Internationaler Zusammenschluss aus Stahl-herstellern und Massivumformern, umgemeinsam Leichtbaupotenziale an massiv-umgeformten Stahlbauteilen in Antriebs-strang, Fahrwerk und Getriebe zum Beispielvon Hybridfahrzeugen und schweren LKWszu ermitteln.www.massiverLEICHTBAU.dewww.lightweightforging.com

Interessensverbund für die technologischeVerarbeitung, Anwendung undVermarktung der Basaltfaser

Im Netzwerk agieren Akteure aus Wirtschaftund Forschung, um die Anwendungs-potenziale der Basaltfaser wirtschaftlichnutzen zu können und technische Anwen-dungsmöglichkeiten der Basaltfasern weiterauszuloten.www.bafanet.com

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Der Wirtschaftsverband der deutschenKautschukindustrie ist die wirtschafts-politische Interessenvertretung derKautschuk- und Elastomer-Branche alseinem starken Wirtschaftsfaktor in Hessen.www.wdk.de

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TECHNOLOGIELANDHESSEN

Unter der Marke "Technologieland Hessen" bündelt dieHessen Trade & Invest GmbH im Auftrag des HessischenWirtschaftsministeriums Maßnahmen für technolo-gische Innovationen und unterstützt die hessische Wirt-schaft bei Entwicklung, Anwendung und Vermarktungrelevanter Zukunfts- und Schlüsseltechnologien.

Schlüsseltechnologien aus Hessen

Um mit den aktuellen technologischen und gesellschaft-lichen Entwicklungen Schritt zu halten, ist es wichtig,sowohl einzelne Technologien im Auge zu behalten, alsauch Synergien zu erkennen. In fachspezifischen Kompe-tenzfeldern bildet "Technologieland Hessen" die unter-schiedlichen Schlüsseltechnologien des Landes ab. Alskompetente Ansprechpartner haben wir zum Ziel,Technologien voran zu treiben und so die Position IhresUnternehmens zu stärken.Wir informieren, beraten und vernetzen Sie zu folgendenThemen:

� Material- und Nanotechnologien� Additive Fertigung/3D-Druck� Leichtbau und Bionik� Optische Technologie/Photonik

Diese Schwerpunkte zählen zu den Schlüsseltechnolo-gien des 21. Jahrhunderts. Denn sie leisten Beiträge zurUmstellung auf eine nachhaltigere Wirtschaft und aufeine digitale dezentralisierte Industrie.

Unsere Serviceangebote umfassen:

� Vernetzung von Akteuren,Kooperationsvermittlung

� Fach- und Informationsveranstaltungen� Themenspezifische Publikationen� Newsletter und Magazin „Technologieland

Hessen“� Beratung und Förderung� Messebeteiligungen und Außen-

wirtschaftsförderung

Nutzen Sie diese Angebote und bringen Sie sich mitIhren eigenen Ideen ein. Wir freuen uns auf den Dialogmit Ihnen!

Ihre Ansprechpartner im KompetenzfeldMaterialtechnologien:

Dr. Carsten OttAbteilungsleiter Technologie &InnovationTelefon: +49 611 95017-8350E-Mail: carsten.ott@htai.de

Nicole HolderbaumProjektmanagerin Material-technologienTelefon: +49 611 95017-8634E-Mail: nicole.holderbaum@htai.de

Diese Publikationen könnten Sie auch interessieren:

� Kompetenzatlas Bionik in Hessen,2. überarbeitete Auflage, November 2015

� Additive Fertigung: Der Weg zur individuali-sierten Produktion, 1. Auflage, April 2015

� Mit Ecodesign zu einer ressourcenschonendenWirtschaft, 1. Auflage, Oktober 2015

� Ressourceneffizienz in Hessen Praxisbeispieleund Fördermöglichkeiten, 1. Auflage, April 2017

Über 20 weitere Publikationen zum Thema Material-technologien finden Sie auf unserer Webseitewww.technologieland-hessen.de/publikationen.

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Herausgeber

Hessen Trade & Invest GmbHTechnologieland HessenKonradinerallee 9D-65189 WiesbadenTelefon: +49 611 950 17-85Fax: +49 611 950 17-8466E-Mail: info@technologieland-hessen.dewww.technologieland-hessen.de

Erstellt von

Nicole Holderbaum, Hessen Trade & Invest GmbHProf. Dr. Andreas Büter & Heiko Hahnenwald,Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit undSystemzuverlässigkeit LBF

Redaktion

Nicole Holderbaum, Hessen Trade & Invest GmbHSebastian Hummel, Hessisches Ministerium fürWirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung

Korrektorat: Simon Krappmann, Denis Mohr,SCRIPT Corporate+Public Communication GmbH

Auftraggeber der zugrunde liegenden StudieLeichtbaupotenziale in Hessen:Hessen Trade & Invest GmbHKonradinerallee 965189 Wiesbadenwww.htai.de

Autoren der Studie

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit undSystemzuverlässigkeit LBFProf. Dr.-Ing. Andreas Büter, Heiko Hahnenwald,Narmin NubboBartningstraße 4764289 DarmstadtTelefon: +49 6151 705-277E-Mail: andreas.bueter@lbf.fraunhofer.de

Veröffentlichungsdatum

Mai 2018

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Projektträger:

Wirtschaftsförderer für Hessen