"Grenzenloser“ Leichtbau entlang der gesamten Wertschöpfungskette

Landshuter Leichtbau-Colloquium – Treffpunkt für „Macher“ des Leichtbaus

War das Landshuter Leichtbau-Colloquium als Fachtreff bereits in den letzten Jahren Branchen und Technologien übergreifend angelegt, wollte man in diesem Jahr mit dem Thema „Leichtbau grenzenlos“ zusätzlich politische und technologische Grenzen überwinden. Und dies gelang, wie die vielen Teilnehmer und Aussteller aus Österreich sowie aus der Europa-Region Donau-Moldau zeigten. Die insgesamt mehr als 200 Teilnehmer kamen voll auf ihre „Leichtbau“-Kosten: in 44 Vorträgen mit Themen von der Materialcharakterisierung bis hin zum automatisierten Fertigungsverfahren, einer begleitenden Fachausstellung mit der Rekordzahl von 30 Ausstellern sowie einem Tagungsband mit fachlich ausgearbeiteten Beiträgen erhielten sie einen fachlich tiefen aber auch breiten Einblick in die Neuerungen des Leichtbaus.

Die Bedeutung des Themas Leichtbau und der Veranstaltung betonte auch die Schirmherrschaft durch das österreichische Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft sowie durch das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Zusätzlich unterstützte der Kooperationspartner Europaregion Donau-Moldau und viele weitere Partner die Veranstaltung. Organisiert wurde das Colloquium wie gewohnt vom Leichtbau-Cluster unter wissenschaftlicher Leitung von Prof. Dr. Otto Huber, Leiter des Clusters und des Kompetenzzentrums Leichtbau der Hochschule Landshut.

Durch Leichtbau den Industriestandort Deutschland stärken

Die Bedeutung der Themen Leichtbau und Ressourceneffizienz, die eng miteinander verbunden seien und „wichtige Instrumente sind, um den Industriestandort Deutschland zu stärken“, betonte Ministerialrat Werner Loscheider, Leiter Abteilung Bauwirtschaft, Ressourceneffizienz und Leichtbau beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie in Berlin, in seinem Geleitwort.

Vor dem Hintergrund einer steigenden Weltbevölkerung, bald würden 9 Milliarden Menschen auf dem Globus leben, und einer damit ständig steigenden Nachfrage nach Rohstoffen wie z.B. seltene Erden, sei es wichtig, nachhaltig entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu denken. Dies verdeutlichte er am Beispiel von Carbonfasern, für die hochwertige Recyclingverfahren weiterentwickelt werden müssten. „Ökonomie und Ökologie müssen im Gleichgewicht sein“, wie er erklärt. Wenn es um Ressourceneffizienz gehe, sei der Leichtbau ein wichtiger Gedanke. Und gerade im Bereich Leichtbau sei Deutschland gut aufgestellt, immer mehr Branchen befassen sich mit dieser Schlüsseltechnologie. Das Ministerium unterstütze dies u.a. mit der Fortschreibung des Ressourceneffizienzprogrammes, mit Förderprogrammen, dem Forum Leichtbau und der neuen Geschäftsstelle Leichtbau und u.a. auch mit dem Kompetenzatlas Leichtbau der auf den gesamten deutschsprachigen Raum ausgedehnt werden soll. Darin können in diesem Bereich tätige Unternehmen und Forschungsinstitute ihre Kompetenzen darstellen und sich so als kompetenter Partner präsentieren. 

Konsul Dr. Michael Scherz vom österreichischen Generalkonsulat München betonte die „beispielslose enge Beziehung zwischen Bayern und Österreich“, Bayern sei der mit Abstand wichtigste Handelspartner der Alpenrepublik. Österreichs Wirtschaft sei gerade in Nischen, wie etwa auch im Leichtbau, stark. Er freute sich über die hohe österreichische Beteiligung am Colloquium, gerade in Zeiten, in denen wieder Grenzkontrollen stattfänden, sei es wichtig, Kooperationen und Austausch über Grenzen hinweg weiterzuführen und zu forcieren, wie es das Landshuter Leichtbau-Colloquium vormache.

Leichtbau Branchen übergreifend

Im ersten Plenumsvortrag zeigte Prof. Dr.-Ing. Peter Middendorf vom Institut für Flugzeugbau IFB der Universität Stuttgart anwendungsübergreifende Trends für CFK-Technologien auf; dies anhand der drei Entwicklungstrends Low Cost Carbonfasern, automatisierte Produktion und Industrie 4.0. Dabei könnten auch so unterschiedliche Branchen wie der Flugzeugbau – geprägt durch kleine Stückzahlen, High Performance Materialien sowie Handarbeit – und die Automobilbranche, mit ihren kurzen Taktzeiten und hohem Automatisierungsgrad, voneinander lernen.

Bei Carbonfaserverbunden liege der Kostenanteil des Materials bei rund 50 Prozent, besonders bei den Heavy Tow-Fasern habe sich, ausgelöst durch die Automobilindustrie, viel bewegt. Diese seien kostengünstiger und moderne Heavy Tows könnten durch den Spreizprozess auch in der Luftfahrt eingesetzt werden. Auch bei den Prozessen, die für die zweite Hälfte der Kosten von Carbonfaserverbunden verantwortlich sind, könnten die Ausgaben gesenkt werden. Dass dies möglich ist, hätte das Kooperationsprojekt „LOW-cost Flexible Integrated Composite Process“ gezeigt, dessen Ziel die Entwicklung eines neuen, automatisierten Faserverbund-Fertigungsprozesses mit geringen Investitionskosten und niedrigem Energieverbrauch war. Dabei wurden ein neues Snap-cure Prepreg, automatisierte Ablegeverfahren sowie eine Produktionszelle für großflächige Faserverbund-Bauteile entwickelt und die Front Wall eines LKW-Aufliegers als Demonstrator produziert. Insgesamt spiele dabei die Simulation eine bedeutende Rolle, deren Daten im Sinne von Industrie 4.0 auch an die Fertigungstechnik weitergegeben werden müssten.

Mit Grundverständnis der Werkstoffe zu kosteneffizienten Bauteilen

Wie wichtig bei Weiterentwicklungen von Materialien das Grundverständnis der Werkstoffe ist, beleuchtete Prof. Dr. Gerald Pinter, Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe, Montanuniversität Leoben, in seinem Vortrag „Innovative Werkstoffprüfung als Schlüssel zur Ausnutzung des Leichtbaupotenzials von Composites“. Der Siegeszug der Composites bedeute auch eine Herausforderung, wie er darin betonte. Die Bauteilentwicklung müsse werkstoffoptimiert erfolgen, um Kosten senken zu können. Basis hierzu sei das Verstehen der Eigenschaften von Werkstoffen.

So würden z.B. bei anisotropen Werkstoffen wie kurzfasrige CFKs 21 Konstanten eine Rolle spielen, um das Material beschreiben zu können. Bei orthotropen Materialien müssen beispielsweise 9 Ingenieurskonstanten experimentell ermittelt werden. Mittels Mikromechanik und FEM würden aber relevante Eigenschaftsparameter berechenbar. An Beispielen wie einer Materialkarte für die Crashbelastung für Glasfasergewebe oder die Betriebsfestigkeit bzw. Ermüdung von Laminaten oder der Composite-Composite Verbindungstechnik zeigt er, wie auf Basis von Voruntersuchungen und des Verstehens von Materialeigenschaften Bauteile werkstofforientiert entwickelt werden können.

In einer Testpyramide, die bei der Entwicklung von Bauteilen Anwendung findet, bildet die Material-Charakterisierung die breite Basis. Die mittlere Stufe ist der standardisierte Laminate Test und die Spitze der Bauteil-Test, der z.B. bei der Qualifizierung in der Luftfahrt mit 70 Prozent der Kosten den größten Anteil einnimmt. Gerade diese Tests an fertigen Teilen sind teuer und können durch eine fundierte Basisarbeit gemindert werden. Als Problem sieht er den Mangel an Wissen über die Interaktionen und Korrelationen der Tests innerhalb und zwischen den Ebenen der Testpyramide. Für eine kosteneffektive und simulationsgestützte Bauteilentwicklung, die zu maßgeschneiderten und sicheren Bauteilen führen soll, seien die Materialeigenschaften und die verwendeten Materialmodelle von grundlegender Bedeutung.

Österreichisch - deutsches Leichtbauzentrum

Über einen dem Motto der Veranstaltung entsprechenden grenzüberschreitenden Forschungsansatz konnte sich Prof. Dr. Huber zusammen mit Hochschulpräsident Prof. Dr. Karl Stoffel freuen: Im durch das Interreg-Programm Deutschland – Österreich 2014-2020 von der EU geförderte Forschungsprojekt „Synthese, Charakterisierung und technologische Fertigungsansätze für den Leichtbau – nano to macro“ ist in Kooperation zwischen der Paris Lodron Universität Salzburg und der Hochschule Landshut ein österreichisch – deutsches Leichtbauzentrum im Entstehen begriffen. „Durch die interdisziplinäre Verknüpfung der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung an der Universität Salzburg mit der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung an der Hochschule Landshut, wird ein Bogen von der Entwicklung der Ausgangsmaterialien über die Untersuchung der relevanten Grenzflächen und Volumeneigenschaften bis zur Prozesstechnik gespannt,“ erläutert Prof. Dr. Huber. Erste Forschungsergebnisse zum zyklischen Ermüdungsverhalten von Magnesiumfeinblechen, zur Entstehung und Ausbreitung von Rissen in TiAl, die per CT analysiert wurden, sowie zur Synthese und Charakterisierung von Sandwichstrukturen mit Kern aus zellularem Verbundwerkstoff und integrierten faserverstärkten Deckschichten wurden von den beiden Partnerhochschulen vorgestellt.

Leichtbau vom Werkstoff über den Fertigungsprozess bis zum Bauteil

In drei parallelen Sessions konnten sich die Teilnehmer, „die Macher des Leichtbaus, an die sich das Colloquium richtet“, wie Prof. Dr. Otto Huber erläuterte, über die vielfältigen neuen Forschungserkenntnisse und Praxislösungen informieren und diese diskutieren. Neue Erkenntnisse über Werkstoffe und deren Eigenschaften wurden von Aerogelen (Paris Lodron Universität Salzburg) über naturfaserverstärkte Kunststoffe (C.A.R.ME.N e.V., Straubing) und Sandwichbauteile aus Aluminiumschaumkern (Fraunhofer IWU, Chemnitz) bis hin zu Faserkunststoffverbunde auf Basis rezyklierter Kohlenstofffasern (Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V., Chemnitz) und Leichtbaumetallen präsentiert.

Fragen der Verbindungstechnik, wie die gießtechnisch Realisierung neuartiger Aluminium-Faserverbunde (Fraunhofer IFAM, Bremen), optimierte Verbindungstechnik bei Additiver Fertigung oder das Losdrehverhalten von Mehrschraubenverbindungen(beide Universität Siegen) wurden thematisiert. Auch der Einfluss von Fertigungsverfahren auf Festigkeit und Steifigkeit von CFK am Beispiel von Torsionsrohren (Universität der Bundeswehr München) oder das Festigkeits- und Ermüdungsverhalten gebohrter CFK-Laminate (Hochschule Aalen) wurde dem Fachpublikum vorgestellt.

Fortentwicklungen von Produktionsprozessen genossen viel Aufmerksamkeit beim Fachpublikum, beispielsweise das Nasspressverfahren von Faserverbundwerkstoffen mit Polyurethanmatrix (Hochschule München), die Verfahrensoptimierung des RTM-Prozesses (BMW Group, Landshut), die Lasertechnik bei Materialhybriden aus Kunststoff und Metall (Fraunhofer LBF, Darmstadt) oder die optimierte Verarbeitung von Organoblechen durch hochdynamische Regelung der Infrarot-Heizstation (KrausMaffei Automation GmbH, Oberding-Schwaig).

Best practice Leichtbau

Praxisbeispiele wie ein funktionsintegrierter Leichtbaulenker (Fraunhofer LBF, Darmstadt), die Leichtbaukonstruktion einer Bremsscheibe durch ressourceneffizientes Multi-Material-Design (cedas GmbH, Ingolstadt) bis hin zum neuartigen Magnesium-Vorderwagen mit Aikido-Prinzip (Valmet Automotive Inc., Gaimersheim) oder die Entwicklung einer CFK Struktur im Fahrwerk wurden vorgestellt. Letztere ist ebenso für die Serienfertigung gedacht, wie Bauteile aus High-Performance Polypropylene, die zusätzlichen Leichtbau bei gleichzeitiger Kostenersparnis versprechen und die bereits produziert werden (beide MAN Truck & Bus AG, München). Auch der von KTM Technologies vorgestellte Innovative Produktionsprozess CAVUS für Composites, der die Herstellung komplexer Hohlbauteile ermöglicht, sowie die Additive CFK-Stack Herstellung für die Großserie (Compositence GmbH, Leonberg) boten hier interessante Ansätze. 

Neben den technisch fundierten Fachvorträgen gab es beim Gang durch die Leichtbau-Labore der Hochschule Landshut und der Fachausstellung reichlich Gelegenheit zum Knüpfen von neuen Kontakten, zum Informationsaustausch und zur Diskussion, was von den Fachteilnehmern intensiv wahrgenommen wurde.

Weitere Fotos vom 8. LLC finden Sie in der Bildergalerie, weitere Informationen zum Leichtbau Cluster oder zum Colloquium unter www.leichtbau-cluster.de.