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LiA - Leichtbau im Automobil

Der Lehrstuhl für Leichtbau im Automobil (LiA) erforscht innovative Lösungen für den automobilen Leichtbau mit der Fokussierung auf die drei Hauptforschungsrichtungen höchstfeste metallische Werkstoffe, faserverstärkte Werkstoffe und Hybridwerkstoffe. Die Forschungsaktivitäten erstrecken sich von der Konzeption und Auslegung von Leichtbaukomponenten über die Berechnung und Simulation bis hin zur experimentellen Verifikation der Forschungsergebnisse.

Ziel/Motivation

Aufgrund der begrenzten natürlichen Ressourcen und der zukünftigen Herausforderungen beim globalen Klimaschutz werden die sparsame Verwendung von Rohstoffen und eine Reduzierung der Emission von Treibhausgasen deutlich verstärkte Anstrengungen erfordern. Einen wichtigen Beitrag muss hier der Personen- und Güterverkehr leisten, da durch eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs sowohl Rohstoffe eingespart als auch die CO - Emissionen reduziert werden können. Eine bedeutende Maßnahme zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs beim PKW ist die Reduzierung der Fahrzeuggewichte. Unsere Forschungsschwerpunkte umfassen entsprechend innovative Lösungen für den automobilen Leichtbau. Dazu zählt zum Beispiel der Stahlleichtbau mit warmgeformten, ultrahochfesten Stählen, die aufgrund ihrer enormen Festigkeiten eine hervorragende Crashsicherheit bei gleichzeitig reduzierten Blechdicken und somit reduzierten Gewichten bieten. Ein anderes hochaktuelles Thema für zukünftige Fahrzeuggenerationen sind intelligente Bauteile, die je nach Anforderungen in unterschiedlichen Bereichen hart oder weich, spröde oder verformbar sind. Ein weiterer Schwerpunkt liegt schließlich auf Hybridbauteilen, die aus Materialkombinationen, wie zum Beispiel Metall/CFK-Verbünden, bestehen, um die jeweiligen Vorzüge der Werkstoffe symbiotisch zu nutzen.

Methodenkompetenz

  • Quasistatische Zug-, Biege-, Stauch-, u.a. Versuche an Zug-Druck-Prüfmaschinen (Fmax ±250kN)
  • Zyklische Versuche ( z.B. Dauerfestigkeit) an oben genannten Maschinen
  • Sondertestaufbauten auf Spannfeldern, Test mittels Hydropulsern/Zylindern statisch/dynamisch
  • Crashversuche an Schlittenprüfstanden (vmax=25m/s, Emax=32kJ)
  • Hochgeschwindigkeitszerreissversuche an Schlittenprüfstanden (u.a. Zugversuche)
  • Tiefungsversuche zur Bestimmung von Fließkurven oder auch Grenzformänderungsdiagrammen (FLC), auch temperiert
  • Quasistatische Biegeversuche an Umformpresse
  • Hochauflösende lokale 3d-Verformungsmessungen oder auch Bewegungsmessmöglichkeiten mittels Aramis/Pontos- Systemen der Firma GOM. Quasistatisch ebenso wie hochdynamisch!
  • Metallographische Werkstoffuntersuchungen (Schliffbilder/Härtemessungen)
  • Werkstoff- und Bauteilsimulationen (JmatPro, ThermoCalc, LSDyna, Abaqus, Hyperworks)

Themengebiete

  • Höchstfeste metallische Werkstoffe Hybridwerkstoffe

Neben gestiegenen Umwelt- und Sicherheitsaspekten und der Entwicklung immer neuer metallischerWerkstoffe ist ein stetiger Anstieg der Festigkeitsniveaus der eingesetzten Werkstoffe im modernen Fahrzeugbau zu erkennen. Zusätzlich zu den klassischen Kaltformstählen finden verstärkt pressgehärtete Stähle sowie auch hochfeste Al-Legierungen Anwendung, so dass sich die Forschung am LiA sowohl auf die metallurgischen Werkstoffaspekte wie auch auf die Herstell- und Weiterverarbeitungsverfahren dieser Werkstoffe erstreckt. Ein Schwerpunkt liegt insbesondere auf der Herstellung partieller Eigenschaftsvariationen in Bauteilen.

  • Faserverstärkte Werkstoffe

Faserverbundkunststoffe wie CFK weisen von allen Konstruktionswerkstoffen die höchsten spezifischen Festigkeits- und Steifigkeitswerte auf. Vielfach werden durch die hohen Kosten die enormen Potentiale dieser Werkstoffklasse verringert, so dass ein großer Forschungsschwerpunkt in der Entwicklung neuartiger und großserientauglicher Produktionsverfahren liegt, um so eine drastische Kostensenkung bei der Herstellung von CFK-Bauteilen zu erreichen.

  • Hybridwerkstoffe

Belastungen in Bauteilstrukturen sind in der Regel nicht homogen, so dass sich die Einstellung bereichsweise unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften anbietet. Dies ist unter anderem durch die Einbringung partieller Verstärkungen aus höherfesten Materialien wie CFK oder auch höchstfesten Stählen möglich. Diese innovativen Multimaterialsysteme können helfen, Bauteilkosten zu senken, bei gleichzeitiger Performancesteigerung des Gesamtbauteils. Die Entwicklung, Herstellung und der Einsatz dieser hybriden Hochleistungswerkstoffe runden das Forschungsspektrum des Lehrstuhls für Leichtbau im Automobil ab.

Die Universität der Informationsgesellschaft