Fraunhofer-Allianz Leichtbau

Schwerpunkte

Werkstoff- und Produktentwicklung

Zu diesem Zeitpunkt stehen die Beschreibung und Charakterisierung neuer Materialien und Materialverbünde, die Fertigungssimulation, die Anpassung und Entwicklung von Berechnungsverfahren zu Stabilität, Festigkeit und Funktionalität als auch die Auslegung, die Fertigung und der Test von Prototypen im Vordergrund. Ausgehend von Last- und Beanspruchungsanalysen werden die Auslegung und die Gebrauchseignung der zu entwickelnden Produkte und Systeme bestimmt und durch materialspezifische numerische und experimentelle Methoden getestet.

Serienfertigung von Bauteilen und Systemen

Hergestellte Leichtbauelemente erreichen die berechneten Belastbarkeitswerte nur dann, wenn die real gefertigte Bauteilqualität den rechnerisch ermittelten Anforderungen genügt. Während der Fertigung erfordert die Bewertung der Bauteile daher zunächst die Definition produktionsbegleitend prüfbarer Parameter, die Aufschluss über die geforderten Eigenschaften eines Bauteils und den Fertigungsprozess geben. Anschließend müssen geeignete Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung dieser Parameter entwickelt und bereitgestellt werden, die automatisiert und bei Bedarf in den Fertigungsprozess eingegliedert werden können.

Zulassung und den Produkteinsatz

Die Zustandsüberwachung im Einsatz befindlicher Leichtbauwerkstoffe wird zumeist auf der Basis periodisch angewendeter zerstörungsfreier Prüfverfahren betrieben. Im Hinblick auf die Anwendungsfelder der Leichtbauelemente ist dies oft schwierig oder nicht ausreichend, etwa dort, wo kein Techniker vor Ort ist (Offshore Windkraftanlagen) oder wenn durch Ausfälle Gefahren entstehen (Flugzeuge). Hier kann die Einführung von Structural-Health-Monitoring Methoden (SHM) sinnvoll sein: Auf der zu bewertenden Struktur werden überwiegend auf akustischer Basis arbeitende Netze aus Aktuatoren und Sensoren fest angebracht. Sie überwachen den Zustand der Leichtbausysteme während des Betriebs. In diesem Zusammenhang werden Methoden erforscht, wie die SHM-Systeme selbst bezüglich ihrer Ausfallsicherheit zu bewerten sind.
Neben dem durch externe Sensoren realisierten Structural Health Monitoring Systemen, bieten auch werkstoff-immanenten Systeme (Indikation, Selbstheilung) die Möglichkeit die Zuverlässigkeit der Leichtbaustrukturen zu erhöhen.
Leichtbau ist immer auch einen ökonomischer Kompromiss, Gewichtsminderung auf der einen und eine sichere Konstruktion auf der anderen Seite zu finden. Ausgehend von dieser Analyse zielen die beteiligten Fraunhofer-Institute durch Gründung der Allianz Leichtbau darauf ab, mit ausgewiesenen Kompetenzen und Entwicklungspotenzial in den Bereichen

  • Materialien bzw. Materialverbünde für den Leichtbau
  • Füge- und Fertigungsverfahren im Leichtbau
  • Numerische und experimentelle Simulation im Leichtbau und
  • Bewertung von Bauteilen und Systemen

die gesamte Entwicklungskette im Leichtbau fachlich abzubilden.

Ziel der Fraunhofer-Allianz Leichtbau ist die Bündelung der Aktivitäten der einzelnen Fraunhofer-Institute zur Erforschung und Entwicklung von Verfahren zur Beurteilung der Leichtbauelemente im Hinblick auf die Einhaltung von Sicherheitsanforderungen. Basierend hierauf sollen gemeinsame technische und konzeptionelle Lösungen unter Berücksichtigung der sozialen, ökonomischen und ökologischen Konsequenzen entwickelt und dem Markt angeboten werden. Die strategischen Ziele der Allianz Leichtbau sind daher:

  • Aufbau und Umsetzung einer gemeinsamen Marketingstrategie und gemeinsamer Akquisitionstätigkeiten
  • Formulierung und Realisierung gemeinsamer Projekte der Vorlaufforschung
  • Definition gemeinsamer Fraunhofer Leichtbauprodukte
  • Planung und Organisation gemeinsamer Messeauftritte

Dieses betrifft fachlich die Bereiche bzw. Forschungsschwerpunkte:

  • Neue Materialien und Materialverbünde
  • Fertigungs- und Fügetechnologien aus Sicht des Leichtbaus
  • Funktionsintegration
  • Konstruktion und Auslegung
  • Zerstörungsfreie und zerstörende Prüfverfahren

Die Allianz strebt die Erlangung von Alleinstellungsmerkmalen und die Marktführerschaft bei der Entwicklung zuverlässiger Leichtbaustrukturen für die Fraunhofer-Gesellschaft sowie eine Spitzenposition auf diesem Gebiet in Deutschland und Europa an.

Abgrenzung zu und Vernetzung mit anderen Allianzen

Die Allianz Automobilproduktion fokussiert sich in ihren Schwerpunkten auf die Produktion in der Automobiltechnik, die durch Kostendruck und große Stückzahlen mit dem Wunsch nach Leichtbau geprägt ist. Im Anbetracht dieses Fokus besteht eine klare Abgrenzung, denn aus Sicht des Leichtbaus sind Fertigungs- und Fügetechnologien immer ein Teil der Leichtbauweise, d.h. die kostenspezifische Gewichtsminderung für beliebige Produkte steht im Vordergrund und nicht die kostenspezifische Stückzahl in der Automobilproduktion.
Da die Frage des Preises und der Kostenreduktion zunehmend mit dem wirtschaftlichen Erfolg einer Technologie verkoppelt ist, wird hier ganz deutlich der Bedarf einer Vernetzung beider Allianzen gesehen.
Auch im Hinblick auf die Funktionsintegration ist es sinnvoll und geplant die Allianz Leichtbau mit der Allianz Adaptronik zu vernetzen.

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