PKW-Tür in Leichtbauweise

Ein Automobilhersteller ließ untersuchen, ob die Masse seiner PKW-Tür deutlich reduziert werden könnte. Aufgabe war, die konventionelle Tür in eine Leichtbauweise zu überführen unter Berücksichtigung struktureller Randbedingungen und insbesondere der Crashaufnahmefähigkeit sowie der Kosten.

Hierfür wurden die verschiedenen Komponenten, die die Teilfunktionen erfüllen separat betrachtet. Für diese wurden dann jeweils verschiedene neue Konzepte entworfen, durch die sie ihre Aufgabe mit verringertem Gewicht erfüllen könnten.

Diese wurden sodann ebenfalls separat, jedoch unter Berücksichtigung ihrer Randbedingungen betrachtet, analysiert und hinsichtlich der zu erfüllenden Vorgaben bewertet. Konzepte, die sich als weniger geeignet herausstellten, wurden verworfen. An den verbliebenen Konzepten wurden sodann weitere Anpassungen vorgenommen um sich den Zielvorgaben zu nähern um diese schliesslich zu erfüllen.

Roboterarm in Leichtbauweise

Für Roboter ist der Leichtbau essentiell, da diese äusserst effizient mit ihrer, häufig über Batterien bereitgestellte, Energie streng haushalten müssen. Mehr Masse führt dann zu deutlich mehr Energieverbrauch.

Eine gewissenhafte Untersuchung über die vorhanden Last- und Bewegungsfälle ist hier zunächst erforderlich. Für einen, an einen Menschen angelehnte Armstruktur wurde am Ende eine Lösung gewählt, wo aussen vier Röhren aus Karbonfaserverbindungen mit fünf aufgereihten Halteklammern verknüpft wurden. Innen liegende kreisrunde Aussparungen der Klammern dienen der Verlegung von Elektrokabeln.

Li-Ion-Batterien im Test

In wenigen Jahren haben Li-Ion-Batterien sich für viele Anwendungen zu einer entscheidenden Komponente entwickelt, die den Energiespeicher darstellen.

Das Testen von echten Li-Ion-Batterien birgt jedoch große Risiken, insbesondere Explosionsgefahr. Daher ist es sinnvoll, die elektrochemische Zusammensetzung zu entfernen und deren Effekte lediglich abzubilden.

Für die Entwicklung dieser Versuchsbatterien wurden die Gehäuse- und Anschlussmaße 1:1 übernommen und sodann ein Mechanismus eingepflegt, der den Stromfluss und die Wärmeentwicklung simuliert. In verschiedenen Versuchsständen, darunter ein solcher der Vibrationslasten überträgt, wurden diese Versuchsbatterien sodann eingesetzt.

Pavillon aus GFK & Faserbeton

Man kann behaupten, dass einer der frühesten Anwendungen des Leichtbaus im Bauwesen begründet wurden. Es ist überliefert, dass im alten Ägypten Stroh in Lehm eingebracht wurde (d.h. ein Verbundwerkstoff), da man damals erkannte, dass dies bessere Eigenschaften hat als wenn kein Stroh eingesetzt wird. Heute gilt die Baubranche als sehr konservativ und verwendet in der Regel eine massive Bauweise.

Leichtbautechnologien erleben heute im Bauwesen ein Revival, da ihr Einsatz es ermöglichen kann, einen deutlich grösseren Gestaltungsspielraum zu eröffnen. Dies befähigt wiederum Architekten und Designer dazu, neue, ästhetische Formen zu verwirklichen.

Im vorliegenden Fall ging es um einen Pavillon, der aus einem Hybrdimaterial bestand. Dieser beinhaltete GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) einerseits und Faserbeton andererseits, die per Klebung aneinandergefügt wurden.

Es war per Finite-Elemente-Methode (FEM) zu untersuchen, wie sich typische Umweltlasten auf den Pavillon mit seiner besonderen Konfiguration auswirkten. Dies beinhaltete die Betrachtung einer lang andauernden Schneelast sowie die Spannungen, die durch Hitze und Kälte resultierten. Da die unterschiedlichen Materialien sich jeweils anders auf Temperaturänderungen verhalten, entstanden in der Klebung Spannungen, die daher besondere Aufmerksamkeit verdiente.