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Leichtbau-Engineering als wichtiger Faktor für nachhaltige Mobilität

Anwendungen des Leichtbau-Engineering sind in modernen Mobilitätskonzepten weit verbreitet und umfassen Automobilkomponenten, Flugzeugstrukturen, Unterhaltungselektronik und architektonische Elemente. Das Feld entwickelt sich weiter, da neue Materialien und Technologien entstehen, die Innovationen in verschiedenen Branchen vorantreiben.



Leichtbau-Chassis des Ruf CTR Anniversary mit Spaceframe in Leichtbauweise und Carbon-Monocoque aus CFK
Leichtbau-Chassis des RUF CTR Anniversary mit Spaceframe in Leichtbauweise und Monocoque aus Kohlefaser

Doch was bedeutet Leichtbau-Engineering und was macht diese Ingenieurskunst aus?


Der Leichtbau konzentriert sich auf die Entwicklung und den Einsatz von Materialien und Strukturen, die leicht und dennoch langlebig sind.


Das primäre Ziel ist es, eine optimale Leistung und Funktionalität zu erreichen und gleichzeitig das Gesamtgewicht eines Produkts oder einer Struktur zu minimieren.


CAD-Modell des RUF CTR Anniversary Carbon-Monocoques
CAD-Modell des RUF CTR Anniversary Carbon-Monocoques

Das sind die wichtigsten Aspekte des Leichtbaus:


Die Materialauswahl umfasst die sorgfältige Auswahl von Materialien mit einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, einschließlich fortschrittlicher Verbundwerkstoffe, Aluminium, Titan und hochfester Stähle, um die wesentliche strukturelle Integrität zu gewährleisten und gleichzeitig das Gewicht zu minimieren.


Beim Multi-Material-Design werden verschiedene Materialien innerhalb einer Struktur strategisch kombiniert, um ihre individuellen Stärken zu maximieren, Schwächen zu mildern und ein harmonisches Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Steifigkeit und Gewicht zu erreichen.


Bei der strukturellen/topologischen Optimierung werden fortschrittliche Entwurfs- und Analysetechniken eingesetzt, um Strukturen zu erstellen, die Materialien effizient nutzen. Dazu gehört die Optimierung von Formen, Größen und Layouts, um die Leistung zu verbessern und gleichzeitig das Gesamtgewicht zu reduzieren.


Fortschrittliche Fertigungstechniken nutzen innovative Verfahren wie die additive Fertigung (3D-Druck), Composite-Molding und andere Präzisionsverfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen mit komplizierten Geometrien.


CAD-Konstruktion und Formenbau des Produktions-Werkzeugs
CAD-Konstruktion des Produktions-Werkzeugs

Was sind nun die Vorteile von Leichtbaukomponenten und -systemen mit optimiertem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und warum sind sie so entscheidend für nachhaltige Mobilitätskonzepte?


Auf den Punkt gebracht: Leichtere Fahrzeuge führen zu reduziertem Kraftstoffverbrauch und Emissionen und damit zu einem geringeren Verbrauch von Rohstoffen und Energie.



Der wirklich schwierige Faktor im Leichtbau sei abschließend genannt:


Sicherheitsaspekte müssen während des gesamten Entwicklungsprozesses berücksichtigt werden! Während die Gewichtsreduzierung ein vorrangiges Ziel ist, bleibt die Sicherheit der wichtigste Faktor. Ingenieure müssen sicherstellen, dass Leichtbaukonstruktionen Sicherheitsstandards erfüllen oder übertreffen, um Benutzer und Insassen zu schützen.



FEM Berechnung des Kohlefaser-Monocoques
FEM-Simulation des Kohlefaser-Monocoques


Gut für uns und unsere Kunden, dass VELA Performance eines der wenigen Unternehmen weltweit ist, das von der Motorsport-Weltbehörde FIA für die Berechnung von Sicherheitsstrukturen zertifiziert ist. Das heißt, wir überprüfen wichtige Bauteilfunktionen mit Hilfe der Finite-Elemente-Analyse.


Auf die Besonderheiten der FEM-Berechnung und anderer Simulationsmethoden gehen wir in einer unserer nächsten Beiträge genauer ein.

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