Der Leichtbau ist einer der Mega-trends unserer Zeit. Vielfach entsteht durch die Präsenz des Themas in den Medien der Eindruck, dass Leichtbau eine neue Entwicklung sei.

Allerdings steht der Begriff eigentlich nur als Synonym für Ressourceneffizienz, das heißt sowohl mit Ressourcen in der Herstellung von Produkten sparsam umzugehen als sie auch durch den Betrieb leichterer Produkte effizienter zu nutzen – dies ist seit jeher Aufgabe von Ingenieuren.

Treiber für Innovation

Als wesentlicher Treiber für den aktuellen und nachhaltigen Trend zum breiten Einsatz neuer Leichtbaumaterialien und Materialkombinationen agiert die Automobilindustrie mit ihrem enormen Potenzial hinsichtlich der wirtschaftlichen Verwertung über nahezu alle Industriezweige hinweg. Leichtbau ist mit einer für 2020 erwarteten weltweiten Marktgröße von rund 140 Milliarden Euro in der Transportbranche am stärksten vertreten.

Wegen ihrer etablierten Produktionstechnologie und der guten Recyclingfähigkeit ist die technologische Entwicklung metallischer Leichtbauwerkstoffe wie Aluminium und Magnesium, hoch- und höchstfester Stahlsorten ebenso wie Metallschäume entscheidend.

Aber auch Faserverbundwerkstoffe spielen eine zunehmende Rolle im Automobil- wie auch im Flugzeugbau. Hier müssen jedoch insbesondere die hohen Kosten bei der Herstellung reduziert werden.

Innovative Lösungen

Der größte Forschungsbedarf wird noch in den Bereichen Recycling, Simulation, Design, Verbindungstechnik, Fügeflächenvorbehandlung und der zerstörungsfreien Qualitätssicherung verschiedener Werkstoffe gesehen. Hier bietet sich die Chance, durch innovative Lösungen neue Märkte zu erschließen.

Die Innovationen ergeben sich dabei immer im Spannungsfeld zwischen Materialien, Produktionstechnik, Konstruktion und den spezifischen Anwendungsanforderungen. Neben der Forderung nach Gewichtsreduzierung bestehen jedoch zahlreiche Herausforderungen, zum Beispiel um Einzelbauteile in ein Gesamtsystem wie ein Automobil sowie in die bestehenden Produktionsprozesse zu integrieren.

Unbegrenzte Lösungen

Insbesondere die frühzeitige Berücksichtigung sämtlicher Faktoren stellt im Leichtbau eine außerordentlich anspruchsvolle Aufgabe dar: Durch die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe, für deren Verarbeitung im Bereich der Kunststoffe unzählige Verfahren und Verfahrenskombinationen zur Verfügung stehen, ergeben sich nahezu unbegrenzte Lösungsräume.

So gab es in den 70er Jahren zum Beispiel beim Stahl für die Karosserie nur zu 55 Prozent weiche Stähle, zu 43 Prozent hochfeste und zu zwei Prozent andere Werkstoffe. In den 90ern kamen schon höchste, ultrahochfeste und PH-Stähle sowie Aluminium hinzu. Aktuell werden sie noch durch Faser-Kunststoffverbund und Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoff ergänzt.

Systematische Ordnungskriterien

Für Anwender sind da schon allein die Begrifflichkeiten nicht mehr beherrschbar. Aber nicht nur die Werkstoffe, auch die Konzepte und Technologien haben rasant zugenommen. Zu beachten sind weitere Parameter wie Gewichtspotentiale, Kostenindikatoren, Verfügbarkeit, Innovationsgrad, Gesamtkostenbewertung oder Recyclierbarkeit, um die technisch wie wirtschaftlich richtige Lösung zu finden.

Das Management bei OEMs und Karosseriezulieferern steht deshalb nicht nur vor der Aufgabe, Wertschöpfungsstrukturen in Entwicklung und Fertigung konsequent auf Leichtbau auszurichten.

Gefragt sind künftig auch Ideen und Konzepte, die es den Entwicklern erlaubt, die einzelnen Lösungen des Leichtbaus systematisch und nach genauen Ordnungskriterien zu bewerten. Nur dann können sie künftig verschiedene Lösungen parallel betrachten und aus unterschiedlichen Leichtbau-szenarien die für sie optimale auswählen.