Konstruktionspraxis Countdown für den 1. Anwendertreff Leichtbau

In zwei Wochen ist es soweit. Dann geht am 1. und 2. Juni der Anwendertreff Leichtbau in Würzburg an den Start. Veranstalter ist die Redaktion des Fachmagazins Konstruktionspraxis.

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Die konstruktionspraxis möchte mit dem Anwendertreff Leichtbau Konstrukteure und Entwickler aus der Industrie mit Experten von Hochschulen und Instituten zusammenbringen. Die Veranstaltung informiert umfassend über stoffliche, konstruktive und fertigungstechnische Aspekte des Leichtbaus im Maschinen-, Anlagen-, Geräte- und Fahrzeugbau. In fünf Vorträgen werden die wichtigsten Leichtbauwerkstoffe wie Aluminium, Magnesium, Stahl, Kunststoff und Verbundwerkstoffe vorgestellt. Fünf weitere Vorträge behandeln verschiedene Leichtbaustrategien wie die passende Werkstoffauswahl, Topologieoptimierung, Leichtbau durch additive Fertigung, Leichtbau durch Funktionsintegration und den adaptiven Leichtbau. Diese Strategien werden von den Experten in anschließenden Workshops anhand von Beispielen vertieft.

Leichtbau durch Topologieoptimierung

Erfolgreichen Leichtbau betreibt derjenige, der sich die gegebene Gestaltungsfreiheit gezielt zu Nutze macht, unabhängig davon, ob es sich um eine Konstruktion für ein Aluminiumgussdesign, eine Materialsubstitution mit Kunststoffspritzguss, Faserverbund oder Additive Fertigung in Kunststoff oder Metall handelt. Wie die bionischen Formen von Additiv gefertigten Komponenten, gezielte Rippenmuster in einem Kunststoffspritzgussteil, lastgerechte Faserorientierung bei einer Carbon Komponente oder auch die Dimensionierung einer Schweißbaugruppe effizient ausgelegt und dimensioniert werden, ist Gegenstand des Vortrages „Leichtbau durch simulationsgetriebenes Design“ von Dr. Pietro Cervellera von Altair Engineering. Im anschließenden Workshop wird er an einem konkreten Beispiel erläutern, wie die minimale Materialverteilung im Bauteil ermittelt und anschließend die Konstruktion dimensioniert wird.

Leichtbau durch Additive Fertigung

Additive Fertigungsverfahren sind besonders gut geeignet, hochkomplexe last- und gewichtsoptimierte bionische Strukturen aus Leichtbaumaterialien zu fertigen, die konventionell so nicht herstellbar sind. Dr.-Ing. Dirk Herzog vom Laser Zentrum Nord gibt in seinem Vortrag „Leichtbau durch Additive Fertigung“ einen Überblick zum industriellen 3D-Druck und seinen Verfahren. Im Workshop „Generativ Konstruieren“ stellt er dann die wichtigsten Konstruktionsrichtlinien für das Lasersintern vor und zeigt an einem Beispiel alle notwendigen Schritte dieses Leichtbau-Prozesses.

Adaptiver Leichtbau

Adaptiver Leichtbau ist die konsequente Weiterentwicklung des Leichtbaus durch strukturkonforme Funktionsintegration. Gemeint ist damit, dass passive Funktionen aber auch aktive Aktuatoren und Sensoren, die häufig für die Anpassung einer Struktur an veränderliche Betriebsbedingungen benötigt werden, derart in die Struktur integriert werden, dass sie sich am Lastabtrag beteiligen und dadurch der Anteil nichttragender Massen in der Leichtbaustruktur mindern. Besonders eignen sich Faserverbunde für die Funktionsintegration, da ihr Herstellungsprozess die Integration von Funktionswerkstoffen erleichtert und durch gezielte Nutzung von Anisotropien auch Verformungskopplungen möglich sind. Prof. Dr.-Ing. Martin Wiedemann vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) stellt in seinem Vortrag "Adaptiver Leichtbau" Funktionswerkstoffe vor, die in adaptiven Strukturen Verwendung finden.

Leichte Bauteile fügen

Da für leichte Baugruppen und Systeme meist mehrere Werkstoffe kombiniert werden, stellt sich auch die Frage nach der geeigneten Fertigungstechnologie. Hierzu referiert Dr.-Ing. David Hein von der Universität Paderborn in seinem Vortrag „Fügen von Hybridstrukturen“. Er gibt einen aktuellen Überblick zu mechanischen, thermischen, klebtechnischen und hybriden Fügeverfahren für Mischbauweisen. Dabei werden die werkstoffspezifischen Besonderheiten beim Fügen artgleicher und artverschiedener Werkstoffkombinationen betrachtet. Konstrukteure und Entwickler erfahren hier, wie sie anwendungsgerecht und anforderungsgerecht das passende Fügeverfahren auswählen und welche Methoden es zur Prozesssimulation, Beanspruchungsanalyse und Lebensdauervorhersage gibt.

Qualitätsmanagement für numerische Analysen

Prof. Dr. Claus König von der Brandenburgischen TU Cottbus-Senftenberg referiert in seinem Vortrag "Qualitätsmanagement für numerische Analysen" über die Einführung und konsequente Umsetzung eines Qualitätsmanagements in der technischen Berechnung. Durch ein strukturiertes und transparentes Qualitätsmanagement lassen sich unnötige Kosten durch Nachbesserung des Berechnungsergebnisses vermeiden, die Nachvollziehbarkeit rechnerischer Nachweise sicherstellen und den Informationspflichten der Berechnungsspezialisten gegenüber den im Sicherheitswesen weniger kompetenten Projektpartnern gerecht werden. Neben den Vorteilen für die Nachvollziehbarkeit der rechnerischen Nachweisführung ist das Prozessmanagement auch ein Teil des Wissensmanagements in der Berechnung. Prozessmanagement in der Berechnung kann den durchführenden Ingenieur damit wesentlich entlasten und unterstützen sowie einen großen Beitrag zur professionellen und risikogerechten Berechnungsarbeit leisten.

Drei ausgewählte Programmpunkte stellen wir im folgenden Video vor:

Am Ende jeden Tages finden sogenannte Firmen-Workshops statt. Softwarefirmen wie Key to Metals, Altair Engineering, Ansys, Magma Gießereitechnik, Sigma Engineering und Dassault Systems zeigen hier praxisorientiert ihre Lösungen zur Umsetzung von Leichtbaustrategien. Dabei können die Teilnehmer lernen, welchen Nutzen Werkstoffdatenbanken bringen, wie man bionisch konstruiert, eine Bauteilstruktur topologieoptimiert oder Schweißnähte an Konstruktionen effizient bewertet. Weiterhin erfahren die Anwender, wie durch die Simulation von Fertigungsprozessen die Bauteilentwicklung beeinflusst werden kann. Als für den Leichtbau besonders relevante Formgebungsmöglichkeiten wurden das Gießen von Metall, der Spritzguss von Kunststoffen und die Additive Fertigung durch Lasersintern ausgewählt. Eine spezielle Art der Formgebung findet bei Composite-Bauteilen statt. Hier entsteht der Werkstoff erst mit der Fertigung. Wie ein Composite-Bauteil topologieoptimiert entwickelt werden kann, verrät ein Vertreter von ARRK/P+Z Engineering.

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Dieser Artikel ist erschienen auf www.konstruktionspraxis.vogel.de.

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