Hightech-Werkstoffe: Forschen für mehr Leichtigkeit

Gemeinsam mit Universitätskollegen, Herstellern und Zulieferern arbeiten Fraunhofer-Forscher an leichten und sicheren Werkstoffen für den Bau von Fahrzeugen für Straße, Schiene, Wasser und Luft. Mit dieser Kooperation – dem Innovationscluster »Technologien für den hybriden Leichtbau (KITe hyLITE)« – wird der Forschungsschwerpunkt Leichtbau in der Region Karlsruhe weiter ausgebaut. Die offizielle Eröffnung des Clusters ist am 24. Oktober 2008.

Möglichst leicht und robust sollen Autos und Schienenfahrzeuge sein. Faserverbundwerkstoffe sind ideale Materialien, um Gewicht zu sparen und dabei die Sicherheit der Fahrzeuge zu erhöhen. »Solche hybriden Leichtbauwerkstoffe haben ein enormes Potenzial: Ihre Eigenschaften können je nach Einsatzort angepasst werden. Bisher werden sie vor allem im Flugzeugbau genutzt. Für die Massenproduktion im Fahrzeug- oder Maschinenbau von morgen müssen die Hightech-Werkstoffe noch kostengünstiger werden«, sagt Dr. Frank Henning, Geschäftsführer des Clusters KITe hyLITE. Die Entwicklung und Integration der Leichtgewichte ist keine einfache Aufgabe – leistungsfähige Materialien und innovative Füge- und Produktionstechnologien müssen aufeinander abgestimmt werden und setzen spezifisches Know-how in vielen Bereichen der Werkstoff- und Ingenieurwissenschaften voraus.

»Wir nutzen die individuellen Vorteile der einzelnen Werkstoffe und kombinieren sie je nach Einsatzort. Dabei betrachten wir auch die Konstruktionsmethoden, Herstellungsverfahren und den gesamten Lebensweg des Produkts bis hin zum Recycling«, erklärt Henning. Die Forschung und Entwicklung von solchen hybriden Leichtbausystemen, das heißt ausgeklügelten Materialrezepturen und -kombinationen, wird nun intensiviert. Hersteller von Fahrzeugen, Rohstoffen, Materialien, Werkzeugen, Anlagen und Maschinen sind auf solche Innovationen angewiesen, um im Wettbewerb zu bestehen.

»Die Fraunhofer-Innovationscluster tragen dazu bei, die Umsetzung von neuen Ideen zu beschleunigen. Ausgangspunkt für die Förderung der regionalen Zusammenarbeit ist der 'Pakt für Forschung und Innovation', den Bund und Länder gemeinsam mit den großen Forschungsorganisationen 2005 geschlossen haben. Wir haben 14 Cluster in Deutschland gegründet, um die jeweiligen Stärken der Region zu bündeln und voranzubringen. So können Unternehmer neue Ideen schneller in Produkte umsetzen. Auf diese Weise unterstützen wir die regionalen Firmen und befähigen sie im globalen Wettbewerb zu bestehen«, erklärt Prof. Ulrich Buller, Forschungsvorstand der Fraunhofer-Gesellschaft, die Clusterinitiative.

Am Innovationscluster KITe hyLITE sind die drei Fraunhofer-Institute für Chemische Technologie ICT, für Werkstoffmechanik IWM und für Betriebsfestigkeit LBF beteiligt. Gemeinsam mit mehreren Instituten der Universität Karlsruhe und des Kompetenzzentrums Fahrzeugleichtbau bringen sie ihr Know-how für die Herausforderungen im Themenfeld Leichtbau ein. In enger Zusammenarbeit mit den Industriepartnern analysieren die Experten neue Werkstoffe, bestimmen die notwendigen Materialkombinationen und entwickeln Prototypen. Sie forschen an geeigneten Berechnungsverfahren, um das Verhalten der Bauteile vorherzusagen und optimieren die Herstellungsprozesse. Auf diese Weise tragen sie dazu bei, Rohstoffe und Energie einzusparen und dabei Sicherheit und Komfort zu erhöhen.

Die Wissenschaftler arbeiten unter anderem daran, langfaserverstärkte Thermoplaste in Pkws großserientauglich zu gestalten. Hierfür erarbeiten sie Konstruktionsrichtlinien und simulieren das Bauteilverhalten insbesondere im Crashfall. Weitere Forschungsthemen sind besser aufeinander abgestimmte Materialkombinationen, beispielsweise die Verbindung von Faserverbundwerkstoffen mit metallischen Einlegern. Zudem entwickeln die Wissenschaftler serienfähige Produktionstechnologien für diese komplexen Abläufe, um die ökonomische Bauteilherstellung zu sichern. Zusammen mit Industriepartnern arbeiten sie an Machbarkeitsstudien und Detailentwicklungen, um die Technologien zeitnah in die Anwendung zu überführen. Tragende, funktionsintegrierende und Crash belastete Fahrzeugstrukturen stehen dabei ebenso im Blickfeld der Experten wie Fahrwerkskomponenten in Leichtbauweise.

In der Region um Karlsruhe, von Freiburg im Süden bis Darmstadt im Norden sowie von Stuttgart bis Aalen sind viele führende Unternehmen in der Leichtbautechnologie ansässig. Das Cluster wird über drei Jahre zu je einem Drittel von der Fraunhofer-Gesellschaft, dem Land sowie von der Industrie finanziert. Das Land Baden-Württemberg fördert den Leichtbau mit bis zu drei Mio Euro und die Fraunhofer-Gesellschaft stellt ebenfalls diese Summe zur Verfügung, wenn sich die Wirtschaft gleichermaßen beteiligt.

Auch Studentinnen und Studenten an Hochschulen, Fachhochschulen und Berufsakademien profitieren von der Kooperation. Sie erhalten ein lückenloses Ausbildungsangebot und haben die Möglichkeit die gesamte Wertschöpfungskette kennenzulernen.