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Unterschiedliche Arten von Leichtbau

Leichtbau ist nicht gleich Leichtbau. Es gibt unterschiedliche Arten: Materialleichtbau, Strukturleichtbau und Systemleichtbau. Dieser Artikel gibt eine Übersicht, was sich hinter diesen Begriffen verbirgt.

Die Säulen des Leichtbaus: Material-, Struktur- und Systemleichtbau [Quelle: TU-Braunschweig]
Die Säulen des Leichtbaus: Material-, Struktur- und Systemleichtbau [Quelle: TU-Braunschweig]

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Die Reduzierung von Bauteilgewichten kann auf unterschiedliche Arten erreicht werden, durch

  • Materialleichtbau,
  • Strukturleichtbau und/oder
  • Systemleichtbau.
Diese Leichtbau-Arten bilden die so genannten 3 Säulen des Leichtbaus.

Materialleichtbau

Die erste Säule des Leichtbaus ist der Materialleichtbau. Bei dieser Form des Leichtbaus wird ein Material durch ein anderes ersetzt, welches in Bezug auf die geforderten Anforderungen gewichtspezifisch bessere Eigenschaften aufweist. Übliche Kennwerte sind dabei eine auf die Dichte bezogene Zugfestigkeit oder ein auf die Dichte bezogener E-Modul. Beide Werte finden sich anschaulich in so genannten Ashby-Karten wieder, welche die Eigenschaften unterschiedlicher Materialien miteinander vergleichen.

Als Aussage kann einem solchen Diagramm das Leichtbaupotential verschiedener Materialien entnommen werden. Das größte Potential bezüglich einer möglichen Gewichtsreduktion weist demnach nicht die Gruppe der Metalle, sondern die der Kohlenstoff-Faserkunststoffverbunde (CFK) auf.

Strukturleichtbau

Im Strukturleichtbau wird abhängig von der Bauteilbelastung eine möglichst hohe Materialausnutzung angestrebt. In der Folge enthält ein Bauteil nur die minimale Menge an Material, die für die Erfüllung seiner Funktion notwendig ist. Ein Beispiel für recht extremen Strukturleichtbau ist eine alltäglich genutzte Getränke-Dose, welche an der zylindrischen Mantelfläche lediglich Wandstärken von ca. 0,1mm aufweist und so bei 0,5 l Inhalt ein typisches Gewicht von nur 16 g erreicht.

Systemleichtbau

Die dritte Säule des Leichtbaus ist der Systemleichtbau. Hierbei erfolgt nicht eine Gewichtsminimierung jedes einzelnen Bauteils, sondern die Minimierung des Gewichtes des gesamten Systems (z.B.: Bauteilgruppe), welches eine bestimmte Aufgabe erfüllt. Möglich wird hierbei eine Gewichtseinsparung durch Kombination von Merkmalen und Funktionsintegration. Als Beispiel hierfür können pneumatisch vorgespannte Konstruktionen genannt werden.

Martin Friedrich
Martin Friedrich
Detaillierte Analyse von Fertigungs- und Bauteilkosten, Entwicklung robuster und kosteneffizienter Fertigungsprozesse
16 Jahre
T2-Composite
www.t2-composite.de
Inhaber
martin.friedrich (at) t2-composite.de
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