Leicht und sonnengetrieben um die Welt

Bereits 1891 legte der Flugpionier Otto Lilienthal 25 Meter im kontrollierten Gleitflug zurück. 1894 ging sein nur 20 Kilogramm schwerer Normalsegelapparat in die Serienproduktion. Gut 120 Jahre später umrundete erstmals ein Solarflugzeug ohne jeden Treibstoff die Erde – dank extremer Leichtbauweise.

Quelle: Shutterstock/Sunny_Images

Leichtbau – das Allround-Talent zur Energie- und Materialeinsparung

Schon Otto Lilienthal orientierte sich beim Bau seines Segelapparates an der Anatomie von Vogelflügeln – und seitdem ist die Natur immer noch eine der wichtigsten Vorlagen für den Leichtbau. Denn die bionischen Prinzipien ermöglichen die Konstruktion von Bauteilen, deren Geometrie eine hohe Belastbarkeit trotz maximaler Gewichtseinsparung erlaubt. Leichtbau bietet deshalb ein enormes Potential für die Gewichts- und Energieeinsparung in den unterschiedlichsten Bereichen. In Zeiten des Klimawandels und zunehmender Ressourcenverknappung sind Leichtbaumaterialien daher ein wichtiger Beitrag zum nachhaltigen Wirtschaften. Ob Flugzeug- oder Automobilbau, Windkraftanlagen oder in der Gebäudekonstruktion – der Leichtbau kommt überall zum Einsatz, wo der Mensch vorankommen will. Der Maschinen- und Anlagenbau ist als Technologieanbieter für die Leichtbautechnik die treibende Kraft.

• Ziel des Leichtbaus ist die Einsparung von Rohstoffen, Energie und Kosten bei Produktion und Nutzung des Produkts.
• Leichtbau reduziert den Materialeinsatz auf ein Minimum – trotzdem muss das Gesamtsystem die Anforderungen an Steifigkeit, Festigkeit und dynamische Stabilität über die Produktlebenszeit gewährleisten können.
• Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen erfordert eine konsequente Abstimmung von Konstruktionsprinzipien, Werkstoffen und Produktion.

Leichtbau­anwendungen

Luft- und Raumfahrt – so leicht kann man abheben

Ein Flugzeug fliegt, sobald der Auftrieb größer als das eigene Gewicht inklusive der Last aller an Bord befindlichen Transportgüter ist. Je geringer das Eigengewicht eines Flugzeuges ist, desto weniger Energie wird benötigt, um die Schwerkraft zu überwinden. Deshalb ist gerade in der Luft- und Raumfahrt der Leichtbau eine unverzichtbare Technologie, um den Treibstoffverbrauch und damit auch die Kosten zu senken.

Mit Rotorblättern aus Verbundwerkstoffen länger sicher fliegen. Quelle: Shutterstock/Helikopter
In der Luftfahrt ist das Einsparpotential enorm: weniger Material und Treibstoff durch Leichtbau. Quelle: AIRBUS GROUP 2016

Herstellung von faserverstärkten Produkten

Die Industrialisierung der Produktionsprozesse zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen (Composites) für größere Serien hat begonnen. Der Fokus liegt dabei auf Harzinjektionsverfahren (Resin Transfer Moulding – RTM) und Formpressverfahren für Flächen- und Strukturbauteile. Bei den Pressverfahren erfolgt die Formgebung auf thermischem Weg (Thermoplast) oder chemisch (Duroplast).

Beim Harzinjektionsverfahren wird ein bereits vorgeformtes, trockenes textiles Halbzeug (Gewebe, Gelege, Geflecht, Gestrick etc.) in einem zweiteiligen Werkzeug luftdicht verschlossen. Unter hohem Druck wird ein Harz injiziert, das nach chemischer Reaktion zum fertigen Bauteil aushärtet. Die Injektions- und die Aushärtezeit des Duromerharzes legen dabei die Zykluszeit des Herstellungsprozesses fest.

Typische Anwendungen für RTM-Verfahren sind Komponenten mit relativ komplexer Geometrie wie z. B. Windkraftrotorblätter, Flugzeugbauteile, Bahnfahrzeugkomponenten, Automobilbauteile, Bootsbaukomponenten. Erfahren Sie mehr zu dem Thema in der Detaildarstellung zum Harzinjektionsverfahren (Resin Transfer Moulding – RTM).

Beim Thermoplast-Formpressen werden Fasern oder vorgefertigte textile Halbzeuge mit aufgeschmolzenem thermoplastischem Kunststoff getränkt und plattenförmig erkaltet. Zur Formgebung werden die Platten dann erhitzt und in temperierten Werkzeugen in ihre Bauteil-Endkontur verpresst. Grundprinzip des Verfahrens ist die Trennung des Tränkungsvorgangs vom formgebenden Prozess in der Presse.

Typische Anwendungen des Thermoplast-Formpressens sind Komponenten im Flugzeugbau und im Automobilbau, die leicht und stabil sein sollen. Aufgrund der thermoplastischen Matrix dürfen die Bauteile in der Regel aber keinen hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Erfahren Sie mehr zu dem Thema in der Detaildarstellung zum Thermoplast-Formpressen.

Bei der Verarbeitung duroplastischer Halbzeuge sind diese bereits mit einem Harz vorimprägniert. Sie werden in Heißpressen oder in Autoklaven erhitzt und unter Druck ausgehärtet. Die hohen Temperaturen führen zu einer irreversiblen chemischen Vernetzung, die im Gegensatz zum Thermoplast nicht wieder aufschmelzbar ist. Grundprinzip ist auch hier die Trennung des Tränkungsvorgangs vom formgebenden Verfahren. Neuere Entwicklungen gehen dahin, beide Prozessschritte zusammenzufassen und dadurch die Zykluszeit zu verkürzen.

Typische Anwendungen sind Komponenten für die Elektroindustrie, für den Sanitärbereich, für Schienen- und Nutzfahrzeuge sowie zunehmend für Flugzeugbau und Automobilbau. Aufgrund der duroplastischen Matrix eignen sich diese Bauteile anders als Thermoplaste sowohl für höhere als auch für tiefere Temperaturen. Erfahren Sie mehr zu dem Thema in der Detaildarstellung zur Verarbeitung duroplastischer Halbzeuge.

• Eine Gewichtseinsparung von 1 % bei der Flugzeugflotte der Lufthansa AG hätte 2010 die Kerosinkosten um etwa 50 Millionen Euro gesenkt.
• In der Raumfahrt verursacht jedes Kilogramm Nutzlast Kosten von mehr als 5.000 Euro.

Wichtige Leichtbaumaterialien im Flugzeugbau

Wesentliche Leichtbauentwicklungen wurden durch das enorme Einsparpotential in der Luft- und Raumfahrt angestoßen. Im Flugzeugbau sind Aluminium, Titan und faserverstärkte Kunststoffe die dominierenden Leichtbaumaterialien. Ein zunehmender Anteil an carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) wird in Großraumflugzeugen wie dem Airbus A380 und der Boeing 787 Dreamliner verbaut. Etwa 25 Prozent der Gesamtstruktur des A380 bestehen aus CFK, und beim Airbus A350 XWB soll der Anteil auf über 50 Prozent erhöht werden.

Herstellung von faserverstärkten Produkten

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„Schon ein Kilogramm zusätzliches Gewicht an Bord einer Langstreckenmaschine kostet die Airlines bis zu 300 Dollar Sprit pro Jahr.“

John Leahy (Handelsblatt 27.10.2014)COO Airbus

Druckgießen – modernes Herstellungsverfahren für Großserien

Beim Gießen von Metallen kommen neben Schwerkraftverfahren auch Verfahren zum Einsatz, bei denen das geschmolzene Metall – vorzugsweise Aluminium, Magnesium oder Zink – mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in die Form eingebracht wird. Es wird dabei mit Permanentformen gearbeitet. Das Herstellungsverfahren ist für die Großserienproduktion sehr gut geeignet. Insbesondere Fahrzeughersteller nutzen das Druckgießen, um z. B. komplexe Strukturteile oder Motorblöcke herzustellen.

Aluminium kann für den Guss mit unterschiedlichen chemischen Elementen legiert werden, um die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks zu beeinflussen – wie z. B. Gießbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit. Die Werkstoffeigenschaften können durch eine zusätzliche Wärmebehandlung weiter verbessert werden. Mehr als 75 Prozent aller Aluminiumgussteile werden für den Transportsektor produziert.

Ein auf der Druckgießanlage GDK 4400 VACURAL der Oskar Frech GmbH + Co. KG druckgegossener Längsträger bei Audi Münchsmünster beim Einlegen in die Entgratpresse. Quelle: Audi AG

Druckgießmaschinen – Herzstück einer Aluminiumgießerei

Druckgießmaschinen sind das Herzstück einer Aluminiumgießerei. Weitere Anlagenmodule für den Herstellungsprozess sind u. a. Schmelz-/Dosieröfen, Entnahmeroboter, Entgratmaschinen und Sprüheinrichtungen.

Befüllen eines VACURAL-Warmhalteofens für Aluminium bei Audi (Teil des Druckgießprozesses). Quelle: Audi AG

Druckguss für den automobilen Leichtbau

Druckgießverfahren kommen insbesondere im automobilen Leichtbau zum Einsatz. Es werden zum Beispiel Karosserie-Strukturteile und Komponenten für den Antriebsstrang hergestellt oder Getriebe- und Achsgehäuse, Querträger sowie Federstützen. Auch das gesamte Karosserieskelett eines Autos kann heute in Guss-Leichtbauweise gefertigt werden.

Das wichtigste Vorbild beim Leichtbau ist die Natur. Bionische Prinzipien ermöglichen die Konstruktion von Bauteilen, deren Geometrie auf hohe Belastbarkeit bei maximaler Gewichtseinsparung ausgerichtet ist. So gehen im Automobilbau Ressourceneffizienz und Sicherheit Hand in Hand. Gießereien reduzieren gleichzeitig ihre Energie- und Rohstoffkosten.

Druckgegossene Federbeinstütze der Mercedes C-Klasse in der Qualitätsprüfung. Quelle: Daimler AG

Quellen: Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG), Oskar Frech GmbH + Co. KG, VDMA Fachverband Gießereimaschinen

Automobil – leicht auf vier Rädern

Ständig sind Millionen von Fahrzeugen weltweit auf den Straßen unterwegs. Daher hat der Leichtbau im Transportbereich sein größtes Marktvolumen – geschätzt 140 Milliarden Euro in 2020. Haupttreiber ist die Automobilbranche mit dem noch vorherrschenden Metall-Leichtbau aufgrund etablierter Produktionsverfahren und guter Recyclingfähigkeit.

Stahl dominiert nach wie vor den Automobilbau. Es glich in den neunziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts daher einer Revolution, als Audi eine Karosserie in Aluminiumstruktur auslegte. Die damals zum ersten Mal verwendete Space-Frame-Bauweise ist mittlerweile weit verbreitet. Ganz auf Aluminium setzt auch Ford mit seinem weltweit meistverkauften Pick-up. Die reine Aluminiumkarosserie spart gegenüber dem Vorgängermodell 300 Kilogramm ein.

Druckgießen – modernes Herstellungsverfahren für Großserien

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Effizienztechnologie Leichtbau: das richtige Material an der richtigen Stelle. Quelle: Audi AG

Stahl – hochfest durch Walzen

Walzanlagen ermöglichen hochentwickelte Umformverfahren für hochfeste Stähle.

Warmwalzen und Kaltwalzen sind Umformverfahren zur Herstellung von Grobblechen, Bändern, Profilen, Stabstählen und anderen Halbzeugen für die industrielle Weiterverarbeitung. Ausgangsmaterial ist – mittels Strangguss – urgeformter Stahl in Form von Brammen oder Blöcken. Beim Warmwalzen wird das Walzgut auf etwa 1.250 Grad Celsius erwärmt und im Walzwerk mittels Druck auf die gewünschte Dicke reduziert. Anschließend können diese Vorprodukte im Kaltwalzwerk noch dünner gewalzt werden. Durch weitere Verarbeitungsschritte, wie Glühen und Dressieren (Nachwalzen), ist man heute in der Lage, neue hochfeste Stahlqualitäten mit hoher Bruch- und Rissfestigkeit zu erzeugen, die in Konstruktionen dort eingesetzt werden können, wo höchste Ansprüche an die Sicherheit gestellt werden.

Ein typisches Kaltwalzwerk besteht im Wesentlichen aus einer Coiling-Einheit, Richtstation, Walzgerüst, Adjustage-Einrichtung, ggf. Scheren sowie Antriebe und Messtechnik.

7-gerüstige Warmbandfertigstraße zur Herstellung von Stahlband mit einer Bandbreite von 800 bis 1.890 mm (Jahresleistung: 5,3 Millionen Tonnen). Quelle: SMS group

Anlagen zur Bandbehandlung

Prozessschritte zur weiteren Veredelung von Stahlbändern werden mit Bandbehandlungsanlagen durchgeführt. So entstehen beispielsweise verzinkte Bleche oder Bänder hochfester Qualitäten.

Hochfeste Stähle für den innovativen Leichtbau

Mit modernen Stahlverarbeitungsanlagen können heute zahlreiche Stahlsorten ressourcenschonend hergestellt werden, die über maßgeschneiderte Eigenschaften für Spezialanwendungen verfügen. Sie werden hauptsächlich zu sicherheitsrelevanten Komponenten für PKW, Nutzfahrzeuge, Schiffe oder Windkraftanlagen weiterverarbeitet. Bei Autos werden zum Beispiel Motorhaube, Türaufprallträger, Quer-, Feder- und Längslenker sowie Getriebewellen als Leichtbaukonstruktionen aus hochfestem Stahl hergestellt.

So wird bei gleicher Funktion weniger Stahl benötigt, wodurch das Gewicht um bis zu 50 Prozent reduziert wird und Ressourcen geschont werden können.

Fertiggerüste der Warmbandstraße Çolakoğlu Metalurji in der Türkei: Die 2010 von der SMS group gelieferte Warmbandstraße walzt Stahlband mit Breiten von 800 bis 1.650 mm (Kapazität: 3 Millionen Tonnen pro Jahr). Quelle: SMS group
Die 5-gerüstige Kalttandemstraße mit einer Kapazität von 2,1 Millionen Jahrestonnen wurde 2011 von der SMS group bei MMK in Russland in Betrieb genommen. Hier werden Stahlbänder mit einer Bandbreite von 800 bis 1.850 mm kaltgewalzt. Quelle: SMS group

Quellen: Salzgitter AG, SMS group, Stahl-Informationszentrum/Wirtschaftsvereinigung Stahl, VDMA Fachverband Hütten- und Walzwerkeinrichtungen

Faserverstärkte Kunststoffe im Automobil

Auch faserverstärkte Kunststoffteile spielen im Automobilbau eine große Rolle. BMW hat bei seiner Entwicklung der Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge i3 und i8 auf carbonfaserverstärkten Kunststoff gesetzt und aus dem Werkstoff erstmals eine Fahrgastzelle in Serienproduktion entwickelt. Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus hatten einen erheblichen Anteil an Prozessentwicklung und Automatisierung der Produktionsschritte. Die Grenzen des Machbaren wurden kontinuierlich erweitert und wichtige Erfahrungen für den künftigen Einsatz von Faserverbundwerkstoffen gesammelt.

Stahl – hochfest durch Walzen

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Um das hohe Gewicht der Batterie zu kompensieren, ist die Fahrgastzelle des BMW i3 aus carbonfaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Quelle: BMW AG

Was bringt Leichtbau im Flugzeug- und Automobilbau?

100 kg

Weniger Gewicht

bedeuten für ein Auto 0,5 Liter weniger Sprit auf 100 Kilometern.

1.974 l

Kerosin

können beim A320 mit 20 Kilogramm weniger Gewicht pro Flugzeug und Jahr eingespart werden.

500 €

Mehrkosten

ist der Luftfahrtindustrie jedes Kilogramm wert, das sie an Gewicht einsparen kann.

8,8 g

CO₂/km

können pro 100 Kilogramm Gewichtsreduzierung beim Auto eingespart werden.

5 €

Mehrkosten

ist der Autoindustrie jedes Kilogramm wert, das sie an Gewicht einsparen kann.

5000 €

Mehrkosten

ist der Raumfahrtindustrie jedes Kilogramm wert, das sie an Gewicht einsparen kann.

Hybrider Leichtbau – von jedem das Beste durch Multi-Material-Design

In Zukunft wird es immer weniger Fahrzeugstrukturen geben, die nur aus einem Werkstoff bestehen. Durch eine Kombination aus verschiedenen Materialien werden die Vorteile der unterschiedlichen Werkstoffe genutzt und miteinander verbunden, ohne dabei die Kosten aus den Augen zu verlieren.

Das Ziel ist der geeignete Werkstoff zu akzeptablem Preis, in möglichst geringer Menge und am richtigen Platz. Besondere Herausforderungen für einen derart gestalteten hybriden Leichtbau liegen in der Füge- und Verbindungstechnik unterschiedlicher Werkstoffe. Verfahren wie Schrauben und Nieten werden zunehmend durch Klebtechnologien und Laserverfahren ergänzt. Der VDMA führt in seiner internationalen Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien Interessenten aus Maschinenbau, Anwenderindustrien und Forschungseinrichtungen zusammen.

Das Multi-Material-Design des 7er BMW kombiniert die Werkstoffe Aluminium, carbonfaserverstärkte Kunststoffe und Stahl. Quelle: BMW AG

Videostatements zur Gründung der VDMA-AG Hybride Leichtbau Technologien

Im Januar 2016 ging das Forum Composite Technology thematisch erweitert in die Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien über. Vorstandsmitglieder und Projektleitung erläutern Motivation und Zielsetzungen der AG.

„Das Ziel der AG Hybride Leichtbau Technologien ist nicht der Erfolg des Einzelnen, sondern eine gemeinsame Weiterentwicklung von Technologiefeldern für Anwenderindustrien und Maschinenbau.“

Peter EggerEngel Austria GmbH und Vorstandsvorsitzender der VDMA-Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien

3D-Druck macht bionischen Leichtbau möglich

3D-Druck-Verfahren bieten eine Vielzahl innovativer Technologien mit hohem Leichtbaupotential. Tatsächlich wird das Konstruieren nach dem Vorbild der Natur – auch als „bionischer Leichtbau“ bekannt – in vielen Fällen erst durch die schichtenden 3D-Druck-Verfahren möglich.

Der Maschinenbau setzt entsprechende industrielle Verfahren mit metallischen Werkstoffen und Kunststoffen schon seit vielen Jahren im Prototypenbau ein. Ohne Werkzeug entstehen im Schichtbauverfahren komplexe Bauteile, die mit abtragenden Verfahren wie Fräsen oder Drehen nicht realisierbar wären. Beinahe beliebig lassen sich im 3D-Druck-Verfahren Hohlräume, Waben- und Gitterstrukturen oder Luft- und Kühlmittelkanäle in Bauteile integrieren sowie Wandstärken variieren oder neuralgische Knotenpunkte in Karosserien verstärken. Additive Verfahren können vielfältige hochfeste Metalllegierungen (u. a. Titan-, Aluminium- und Stahllegierungen) sowie Hochleistungskunststoffe verarbeiten. Da Werkzeug- und Formenbau entfallen, werden auch Kleinstserien und Einzelteile kostengünstig realisierbar.

Laser Metal Fusion: Der Laser baut in einem Pulverbett die gewünschte Teileform schichtweise auf. Quelle: TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH
Montagewinkel: Additiv hergestelltes Material befindet sich nur noch entlang der Kraftflusslinien – das spart Gewicht. Quelle: TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH
Gitterstruktur: Komplexe Strukturen lassen sich über abtragende Verfahren nicht herstellen. Quelle: Renishaw
Wärmetauscher: Die Additive Fertigung bietet enorme räumliche Gestaltungsmöglichkeiten. Quelle: Concept Laser GmbH

Additive Fertigung

Eine innovative Technologie mit hohem Leichtbaupotential ist die Additive Fertigung, umgangssprachlich auch 3D-Druck genannt. In der Additiven Fertigung entstehen Bauteile, indem Kunststoff- oder Metallpulver in tausenden hauchdünnen Schichten aufeinander verschmolzen werden. Meist sind dabei Laser im Einsatz. Die Information, wo sie das Pulver belichten, beziehen die Laser direkt aus Konstruktionsdaten. Nicht belichtetes Pulver lässt sich anschließend entfernen. Es bleiben Hohlräume, Kanäle, Gitter oder beliebig geformte Wände im Bauteil.

Je leichter das gewünschte Bauteil sein soll, desto weniger Material wird verbraucht und desto schneller ist das Bauteil fertig. In Summe gilt beim 3D-Druck: Je leichter, desto kostengünstiger!

3D-Druck macht bionischen Leichtbau möglich

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Filigrane Kunststoffstrukturen mit besonderen Funktionalitäten in 3D-Druck. Quelle: Steinbach AG

Textilmaschinen: Ausgangspunkt für ressourceneffizientes Bauen

Stahl- und Spannbeton gehören zu den wichtigsten Werkstoffen am Bau. Wegen der geringen Zugfestigkeit des Betons muss dieser jedoch in stark beanspruchten Bereichen verstärkt werden. Solche Verstärkungen bestehen üblicherweise aus Stahl. Problem: Stahl rostet. Um die Betonbewehrung vor Korrosion zu schützen, müssen die Betonbauteile entsprechend dick sein. Dies führt zu Bauteildicken von über 90 mm und zu einem entsprechend hohen Gewicht. Die Alternative: Der Baustoff wird nicht mehr mit Stahl, sondern mit Textilstrukturen aus Carbon- oder Glasfasern verstärkt, die nicht rosten können. Außerdem kann diese Verstärkung zielgerichtet angeordnet werden. Das ermöglicht Bauteildicken von nur 20 mm und somit deutlich weniger Gewicht. Der Transportaufwand und der damit verbundene Schadstoffausstoß sinken.

Wirkmaschine zur Herstellung von textilen Gelegen, etwa zur Betonbewehrung. Quelle: KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH

Mit textilbewehrtem Beton kombiniert man die günstigen Materialeigenschaften des Betons mit denen der technischen Textilien. Diese Textilien bestehen beispielsweise aus Glas- oder Carbonfasern.

Um Textilien herzustellen, benötigt man Garne. So ein Garn fasst viele feine Fasern zu einem Faserbündel zusammen. Diese Garne werden dann auf Textilmaschinen, genauer gesagt Wirkmaschinen, zu netzartigen Gelegen oder auch zu dreidimensionalen Abstandsgewirken verarbeitet.

Korrosionsfrei und leicht: Textile Strukturen verstärken den Beton. Quelle: Groz-Beckert KG

Faserverbund statt Stahl

Textilbewehrter Beton bewährt sich bereits in der Praxis. Konkretes Beispiel: eine Fußgängerbrücke im schwäbischen Albstadt-Lautlingen, errichtet 2010. Es handelt sich bei der einhundert Meter langen Brücke um ein epoxidharzgetränktes Glasfasergelege an der Ober- und Unterseite der Brückenplatte sowie um eine Bügelbewehrung in den Brückenrippen. Insgesamt wurden in den sechs Brückenteilen 3.800 m² des textilen Geleges verbaut. Weitere 3.800 m² wurden für Versuchsbauten zu Testzwecken und Festigkeitsnachweisen benötigt.

Die längste textilbewehrte Betonbrücke der Welt in Albstadt-Lautlingen. Quelle: Groz-Beckert KG

„Bei einer herkömmlichen Brücke aus Stahlbeton hätte der Überbau etwa 350 Tonnen betragen. Die Textilbetonbrücke bringt es hingegen nur auf 200 Tonnen – über 40 Prozent Beton konnten wir einsparen.“

Roland KarleLeiter des Kompetenzzentrums Textiles Bauen bei Groz-Beckert

Deutscher Zukunftspreis 2016

Der Deutsche Zukunftspreis 2016 ging an ein Forscherteam aus Dresden. Bundespräsident Gauck zeichnete sie für ihr Projekt „Das faszinierende Material Carbonbeton – sparsam, schonend, schön“ aus. Die drei Professoren Chokri Cherif, Manfred Curbach und Peter Offermann von der TU Dresden verfolgen das Ziel, in naher Zukunft etwa 20 Prozent des Stahlbetons durch Carbonbeton zu ersetzen.

Bauen mit textilen Strukturen

Im Bauwesen muss Beton mit Stahl verstärkt werden. Dies hat jedoch große Nachteile, denn das Gewicht des Materials ist sehr hoch – und durch die Korrosion des Stahls kann es zu gefährlichen Rissen oder einem unästhetischen Abplatzen des Betons kommen. Eine willkommene Alternative ist hier der Textilbeton. Diese innovative Lösung bringt wesentliche Vorteile: in erster Linie eine deutliche Gewichtsreduktion und eine längere Nutzungsdauer.

Für den Leichtbau gibt es deshalb besonders im Bausektor viele Anwendungsmöglichkeiten. So finden Textilstrukturen neben der Überdachung von Stadien und Großhallen auch im Hochbau Anwendung.

Textilmaschinen: Ausgangspunkt für ressourceneffizientes Bauen

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Maschinenbau – der Möglichmacher mit dem Blick fürs Ganze

Viele Leichtbaukonstruktionen sind komplex – und genauso komplex sind die Technologien, die für die Herstellung dieser Bauteile benötigt werden. Das Know-how dafür haben die Maschinenbauer.

Wenn ein Produktionsprozess von Anfang bis Ende effizient ablaufen soll, müssen alle an den einzelnen Prozessschritten beteiligten Partner bei der Technologieentwicklung intensiv zusammenarbeiten. Die gemeinsamen Ziele haben die Maschinenbauer dabei immer im Blick. Ihre Innovationskraft schöpfen sie aus dem Selbstverständnis, immer wieder neue technologische Antworten auf neue Herausforderungen zu finden.

„Ganzheitliche Prozessbetrachtung und Konzepte für komplette Fertigungssysteme, das sind die großen Herausforderungen für die Unternehmen des deutschen Maschinenbaus.“

Lothar GräbenerSchuler Pressen GmbH, Mitglied im Vorstand der Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien

Visionen

Otto Lilienthal konnte von Flughöhen über 800 Meter, so hoch wie heutige Wolkenkratzer, nur träumen. Aufzüge über solche Transportwege lassen sich aufgrund zu hoher Stahlseileigengewichte nicht mehr realisieren. Man benötigt Zwischenstationen zum Umsteigen. Dank wesentlich leichterer Carbonfaser-Seile und dem technischen Know-how des Maschinenbaus kommen die Menschen künftig mit weniger Zwischenstopps ans Ziel.

Ein entsprechendes Funktionsprinzip soll auch für einen Weltraumlift zum Lastentransport oder zum Aussetzen geostationärer Satelliten genutzt werden. Erste Überlegungen dazu stellte der russische Mathematiklehrer und Raumfahrtpionier Konstantin Eduardowitsch Ziolkowski als Zeitgenosse Lilienthals bereits 1895 an. Die NASA und andere Organisationen befassen sich heute mit der Idee des Weltraumaufzugs. Die Seile wären dann wohl aus Carbon-Nanoröhrchen …

Es gibt noch jede Menge ungelöster Probleme, aber genügend Potential für den Leichtbau!

Autoren

Dr. Walter Begemann

Projektleiter VDMA AG Hybride Leichtbau Technologien

Von 2009 bis 2012 befasste sich Dr. Walter Begemann als Projektleiter mit der Elektromobilität im VDMA. Anschließend rückte im Forum Composite Technology die Fertigung von Faserverbund-Bauteilen in den Fokus. 2016 wurde der Bereich inhaltlich um die Kombination von Composites mit Metallen erweitert.

Ines Polak

VDMA Fachverband Gießereimaschinen, Fachverband Hütten- und Walzwerkeinrichtungen und Fachverband Thermoprozesstechnik

Referentin Marktinformation, Statistik und Marketing, Fachverbände Gießereimaschinen, Hütten- und Walzwerkeinrichtungen, Thermoprozesstechnik. Ines Polak ist seit 2009 in diesen Fachverbänden für branchenspezifische Konjunktur- und Marktinformationen sowie Marketingprojekte verantwortlich.

Nicolai Strauch

VDMA Fachverband Textilmaschinen. Referent Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Fachverband Textilmaschinen

Seit 2006 ist Nicolai Strauch im VDMA tätig. Sein Arbeitsgebiet umfasst neben Presse- und Öffentlichkeitsarbeit die Themen Marktbeobachtung und Marktinformationen, Veranstaltungen, Verbindungsbüro China sowie Ingenieurnachwuchs.

Ina Vettkötter

VDMA Fachverband Kunststoff- und Gummimaschinen, Referentin Kommunikation

Ina Vettkötter ist seit 1993 im Fachverband Kunststoff- und Gummimaschinen tätig und seit 2011 dort für die Konzeptionierung und Umsetzung von Kommunikations- und Presseprojekten zu wichtigen Messen im In- und Ausland zuständig. Ihr Arbeitsgebiet umfasst auch den Bereich Kunststoffrecycling.

Interessante Links

VDMA Metallurgy

VDMA Metallurgy ist die gemeinsame Plattform des metallurgischen Anlagenbaus. Sie umfasst die Fachverbände Gießereimaschinen, Hütten- und Walzwerkeinrichtungen sowie Thermoprozesstechnik mit insgesamt ca. 150 Mitgliedern.

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Fachverband Kunststoff- und Gummimaschinen

Im Fachverband sind ca. 200 Hersteller von Kunststoff- und Gummimaschinen organisiert.

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Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien

In der AG mit ca. 200 Mitgliedern wirken Unternehmen aus über zehn VDMA-Fachverbänden und Anwenderindustrien sowie Forschungseinrichtungen mit.

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Fachverband Textilmaschinen

Im Fachverband sind rund 120 der bedeutendsten Hersteller von Textilmaschinen und Zubehör organisiert. Die Unternehmen gehören zum großen Teil zum Mittelstand und repräsentieren ungefähr 90 Prozent des gesamten Volumens der Branche.

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Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing

Die Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing im VDMA bietet ihren Mitgliedern aus Industrie und Forschung alles rund um die Technologien des industriellen 3D-Drucks. Hier kommen branchenübergreifend potentielle Anwender und Entwicklungspartner aus der Industrie zusammen.

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