Konstruktive Lösungen: Mehr Nachhaltigkeit durch konstruktiven Leichtbau
Was kann konstruktiver Leichtbau? Und wie können seine Vorteile für mehr Nachhaltigkeit genutzt werden? Unternehmen und Forschungseinrichtungen in Brandenburg entwickeln innovative und nachhaltige Lösungen.
Wie der Name verrät arbeitet konstruktiver Leichtbau mit konstruktiven Maßnahmen. Im Fokus steht dabei eine möglichst gleichmäßige Ausnutzung des Materialvolumens. Die Vorteile: deutliche Material- und Gewichtseinsparungen sowie verbesserte Steifigkeit und Robustheit. Für innovative Lösungen arbeiten Unternehmen und Forschungseinrichtungen in Brandenburg mit verschiedenen Materialien und Techniken des konstruktiven Leichtbaus.
Leichtgewichte: Beton- und Aluschaum
Ein prototypisches Beispiel für konstruktiven Leichtbau ist der sogenannte Gradientenbeton. Dabei wird das Bauteil in Festigkeitsgrade eingeteilt. Wo möglich wird der Beton aufgeschäumt oder es werden Hohlkugeln, zum Beispiel aus Ton, eingebaut. Forscher erwarten davon zukünftig eine Materialeinsparung von mindestens 30 Prozent. Dazu kommt im Gebäudebau eine sekundäre Gewichtseinsparung bei unteren Geschossen sowie beim Fundament, sodass am Ende sogar 40 Prozent weniger Gewicht möglich scheinen.
Aber Aufschäum-Verfahren funktionieren nicht nur mit Beton. Neue Technologien ermöglichen auch ein Aufschäumen von Aluminium. Das zeigt in Brandenburg die Havel metal foam GmbH: Sie ist nach eigener Darstellung „der erste und einzige Hersteller, der vier verschiedene Aluminiumschaum-Technologien in Serie fertigt“ – angewandt für Batterieboxen sowie für Trägerelemente in Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen.
Bewährtes aus der Natur: Bionik von Bienen
Ein weiteres Beispiel für konstruktiven Leichtbau – hier für Bleche – ist das Strukturieren mit Waben analog denen eines Bienenstocks. Das Ergebnis: bionisches Design. Bereits dadurch verdreifacht sich die Steifigkeit. Werden zusätzlich zur Wabenstruktur noch jeweils zwei Bleche aufeinandergelegt und miteinander verschweißt, kann man ein 3-Millimeter-Aluminiumblech durch zwei 0,5-Millimeter-Wabenbleche aus Stahl ersetzen: eine kostengünstigere Alternative, die gleichzeitig die Ökobilanz verbessert.
Neue Verfahren eröffnen aber auch neue Herausforderungen: Da herkömmliche Rollennaht-Schweißelektroden die Waben plattdrücken würden, wurden dafür spezielle Elektroden entwickelt. Das übernahm die BTU Cottbus-Senftenberg, die mit der TH Wildau und dem Fraunhofer IAP in Teltow und Wildau im „Innovation Hub 13“ zusammenarbeitet.
Eine andere Leichtbauinnovation ist das Ersetzen oder Ergänzen von Stanznieten durch Kleben. An Leichtbau-Klebetechnik wird unter anderem bei der KSC Anlagenbau GmbH in Cottbus gearbeitet.
Mitunter muss man, wenn beispielsweise räumliche Strukturen von Bäumen oder Knochen bionisch nachkonstruiert werden sollen, auch zu ganz neuen Verfahren übergehen – wie zu additiven Fertigungsmethoden, bekannt als 3D-Druck. Dabei werden Bauteile nach einem CADModell schichtweise gefertigt, beispielsweise mit selektivem Laserschmelzen. Manche Fachleute sprechen sogar von einer eigenen Kategorie: Fertigungsleichtbau.
Praktisch eingesetzt werden soll das selektive Laserschmelzen zum Beispiel beim modularen Leichtbau-Gerätecontainer-System (LGS). Hier werden für Klimaanlagen und ähnliche Geräte auf dem Dach von Schienen- und Straßenfahrzeugen Container entwickelt, die robust, aber um 20 Prozent leichter sein sollen als die bisherigen Boxen. Am LGS beteiligt ist neben der KSC Anlagenbau und weiteren Unternehmen auch die BTU Cottbus-Senftenberg.
Durch die genannten Beispiele – made in Brandenburg – können unterschiedliche Materialien und Techniken im konstruktiven Leichtbau genutzt werden, um Material und somit auch Gewicht einzusparen. Das Ergebnis: nachhaltigere Bauteile, die nicht nur weniger Material benötigen, sondern sich zusätzlich durch besondere Qualitätsmerkmale wie eine verbesserte Steifigkeit sowie Robustheit auszeichnen.
Bei Leichtbau denken viele zuerst an die Luftfahrt. Der bedeutendste Leichtbau-Markt aber bleibt – zumindest im wörtlichen Sinn – auf dem Boden: die Fahrzeugindustrie. Eine Technologie nimmt hier besonders Fahrt auf: carbonfaserverstärkte Kunststoffe.