Forschungsprojekt ?HyOpt“ an der Universit?t Paderborn abgeschlossen
Der Einsatz von Leichtbaumaterialien, zum Beispiel in der Automobilindustrie, bietet zahlreiche Vorteile – vor allem in wirtschaftlicher und ?kologischer Hinsicht. Sogenannte Hybridwerkstoffe eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften besonders gut für unterschiedliche Anwendungen. Hier setzt das 2019 an der Universit?t Paderborn gestartete Forschungsprojekt ?HyOpt – Optimierungsbasierte Entwicklung von Hybridwerkstoffen“ an. Inzwischen wurde das Vorhaben, das mit rund zwei Millionen Euro vom Land NRW und der EU aus Mitteln des Europ?ischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) gef?rdert wurde, erfolgreich beendet. Das Ergebnis: eine Toolbox, die dem Design neuer Werkstoffe dient.
Hybridwerkstoffe erm?glichen eine Anpassung der Werkstoffeigenschaften
Hybridwerkstoffe, in diesem Fall Verbindungen aus faserverst?rkten Kunststoffen und metallenen Dünnblechen, erm?glichen eine Anpassung der Werkstoffeigenschaften in Dicken- und Fl?chenrichtung. Prof. Dr. Thomas Tr?ster, der an der Universit?t die Fachgruppe ?Leichtbau im Automobil“ leitet, erkl?rt: ?Eine Werkstoffentwicklung, der ein Top-Down-Ansatz zugrunde liegt, l?sst die Erschlie?ung neuer, bis dato ungenutzter Leichtbaupotentiale durch die beanspruchungsgerechte Kombination konventioneller Werkstoffe zu.“ Der Wissenschaftler nennt ein konkretes Beispiel: ?In dem Forschungsvorhaben konnten wir auf Basis von rechnergestützten Methoden im Fall des hinteren Sitzquertr?gers beim Auto zeigen, dass wir mit einem alternativen hybriden Werkstoffaufbau ein steifigkeits?quivalentes Bauteil mit einer Gewichtsersparnis von 21 Prozent erzielen k?nnen.“ Damit geht gleichzeitig eine Ressourcenersparnis einher. Denn: Weniger Gewicht bedeutet weniger Energie, die zum Antrieb aufgewendet werden muss.
App entwickelt
Die am Vorhaben beteiligten Wissenschaftler*innen haben eine App entwickelt, die Firmen und produzierenden Unternehmen alternative, ma?geschneiderte Werkstoffkonzepte auf Basis von Faser-Metall-Laminaten bietet. Die ?HyOpt“-App besteht aus einer Softwarel?sung, die die optimierungsbasierte Auslegung des Werkstoffaufbaus für den vorgegebenen Lastfall vornimmt sowie eine ?rtlich-lokale Adaption von Faserorientierungen vorsieht, sodass die umzuformenden Bauteile herstellbar werden. Letztlich wird damit auch die Weiterverarbeitung zu Leichtbaukomponenten erm?glicht. Die Entwicklung von CAE – also rechnergestützten – Methoden zur Herstellung beanspruchungs- und umformungsgerechter Hybridwerkstoffe mit ma?geschneiderten Eigenschaften war von Anfang an Ziel des Vorhabens.
?Mit der Entwicklung der HyOpt-App k?nnen wir Unternehmen eine einfache M?glichkeit für die Potentialanalyse und Auslegung von Leichtbaustrukturen bieten. Neben den am Projekt beteiligten Unternehmen konnten wir die App bereits in Zusammenarbeit mit einem Unternehmen der Region einsetzen und ein gewichtsreduziertes Werkstoffkonzept für eine crashrelevante Struktur aufzeigen. Der Transfer des Wissens in die Wirtschaft ist ein genauso wichtiger Aspekt wie die eigentliche Forschung. Aus diesem Grund beraten und unterstützen wir interessierte Unternehmen bei der Entwicklung von Leichtbaukonzepten unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeit gerne“, erg?nzt Tr?ster, der ebenfalls zum Vorstand des am Projekt beteiligten Instituts für Leichtbau mit Hybridsystemen, kurz ILH, geh?rt.
Entwicklung von Multi-Materialans?tzen
Mit dem zunehmenden Bewusstsein für Umwelt und Nachhaltigkeit in der Gesellschaft sind ?kologische und gesellschaftliche Aspekte auch in den Mittelpunkt der Entwicklung von Multi-Materialans?tzen gerückt. Deshalb wurden im sozialwissenschaftlichen Teil des Vorhabens unter der Leitung von Prof. Dr. Ilona Horwath Erkenntnisse zur Akzeptanz von konventionellen und neuartigen Werkstoffsystemen in verschiedenen gesellschaftlichen Gruppen erzielt: ?Die Datenerhebung hat gezeigt, dass die Sicherheit und Zuverl?ssigkeit von Hybridwerkstoffen grunds?tzlich gut und ?hnlich denen von konventionellen Werkstoffen eingesch?tzt wird“, so Horwath. Mit Blick auf die Nachhaltigkeit und insbesondere der Recyclingf?higkeit der hybriden Verbunde wurden jedoch auch Bedenken ge?u?ert, die es bei der weiteren Entwicklung zu berücksichtigen gilt.
Am Projekt beteiligte Partner waren neben der Universit?t Paderborn die Unternehmen D&S Holding GmbH aus Paderborn sowie EMS GmbH & Co. KG aus Borgentreich. Assoziierte Projektpartner sind thyssenkrupp Steel Europe AG, Duisburg, ERICHSEN GmbH & Co. KG, Hemer, Clean-Lasersysteme GmbH, Herzogenrath, und Kraiburg GmbH & Co. KG aus Waldkraiburg.
