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Leichtbau-Gipfel 2014 Strukturleichtbau lernt aus der Natur

| Redakteur: Christian Otto

Die Natur bietet auch für den Leichtbau effiziente Vorbilder. Das machten Thomas Klimek und Michael Hibben in ihrem gemeinsamen Vortrag deutlich. Sie zeigten den Weg von der biologischen Inspiration, anhand einer Kieselalge, bis zum technischen Optimum, in Form einer leichteren und trotzdem stabilen Fahrzeug-B-Säule.

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Thomas Klimek, vom Alfred-Wegener-Institut, brachte dem Publikum die Leichtbau-Vorbilder aus der Natur näher.
Thomas Klimek, vom Alfred-Wegener-Institut, brachte dem Publikum die Leichtbau-Vorbilder aus der Natur näher.
(Foto: Automobil Industrie/ Stefan Bausewein)

Mit einem Tandemvortrag verdeutlichten Thomas Klimek, vom Alfred-Wegener-Institut, und Michael Hibben, vom Zulieferer Stadco, inwieweit Strukturen aus der Natur in die Technik erfolgreich übertragen werden. Dabei übernahm Thomas Klimek die Betrachtung der Beispiele aus der Natur. Konkret führte er Planktonorganismen namens Diatomeen an, die beim Aufbau ihrer Panzer ein Vorbild für den Leichtbau in der Fahrzeugtechnik bieten können. Das so genannte ELiSE-Projekt (Evolutionary Light Structure Engineering) greift genau auf dieses Vorbild zurück.

Michael Hibben, vom Zulieferer Stadco, zeigte am praktischen Beispiel die Anwendung der Naturvorbilder in der Technik.
Michael Hibben, vom Zulieferer Stadco, zeigte am praktischen Beispiel die Anwendung der Naturvorbilder in der Technik.
(Foto: Automobil industrie/ Stefan Bausewein)

Um die Vorteile der Natur auf die Technik zu übertragen, sammelt das Alfred-Wegener-Institut 90.000 Leichtbau-Strukturen in Form von Proben. „Daraus erstellen wir eine Struktur-Datenbank und Prinzipien“, so Klimek. Dabei folgt das Institut einem klassischen Produktentstehungsprozess, von der Bauteilanalyse über Screening und Abstraktion und weiterer Schritte bis hin zum Produkt.

Projekte mit OEMs laufen

Der Weg von der Natur zum Leichtbauprodukt durchlaufe insgesamt fünf Phasen, von der Definition der Zielkriterien am Referenzbauteil über die Identifizierung von biologischen Vorbildern und bionischen Konzeptideen bis hin zum Projektabschluss.

Das ELiSE-Verfahren habe im Vergleich zu anderen bionischen Ansätzen laut Thomas Klimek vor allem den Vorteil einen hohen Optimierungsgrad aufzuweisen, da parallele Ansätze verfolgt werden. Diese Vorteile haben auch schon die Industrie erreicht: „Wir haben verschieden Projekte mit OEMs und Zulieferern“, bestätigte Klimek.

Von der Biologie zur Technik

An dieser Stelle übernahm dann Michael Hibben, der eine B-Säule mit bionisch optimierter Verstärkung als Anwendungsbeispiel anführte. Stadco stand vor der Herausforderung eine B-Säule bezüglich des Seitenaufpralls zu optimieren. „Dabei ging es nicht um Bleche, die man einfach zusammenschweißt“, betonte Hibben.

Als Referenz galt eine B-Säule (Außen- und Innenschale) aus Tailor Rolled / Welded Blank mit einem Gesamtgewicht von zirka 8 Kilogramm. Die Verantwortlichen nahmen zur Zielerreichung die Natur als „Quelle der Inspiration“. Die Lösung war also der Rückgriff auf die Erkenntnisse des Alfred-Wegener-Instituts. Somit ließ man sich beim Leichtbau-Design von den biologischen Strukturen der Diatomeen (Kieselalgen) inspirieren.

34 Prozent Gewichtsersparnis

Hibben hielt fest, dass Stadco als ersten Schritt biologisch inspirierte Konzepte generierte. Dabei kristallisierten sich verschiedene Strukturen heraus. Diese reichten von Kreuzrippen über Longitudinale Rippen bis hin zu verrippten Inlays. Die Konzepte wurden auf ihr Leichtbaupotenzial geprüft und ein Kandidat für die anschließende Optimierung erwählt. Diese Optimierung betraf die Geometrie, das Material, Sicken und Blechdicken.

Insgesamt erreichte der Zulieferer bei der neuen B-Säule mit den am Ende ausgewählten verrippten Inlays ein Gewicht von 5,3 Kilogramm und somit eine Ersparnis von 34 Prozent. Und auch die Crashsimulation bei der optimierten B-Säule verlief laut Hibben positiv. Diese erfolgreiche Umsetzung auf Basis einer biologischen Inspiration soll nun in Zusammenarbeit mit OEMs zur Industrialisierung der B-Säulenverstärkung führen.

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