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Zeitaufwand
Personalaufwand
Schwierigkeitsgrad
Für die Entwicklung von Leichtbau-Konstruktionen
Bei dem Konzept-, Entwurfs- und Ausarbeitungsprozess von Produktlösungen
Wesentliche Regeln für eine leichtbaugerechte Konstruktion werden im Folgenden in verkürzter Form dargestellt.
Die Einleitung von Kräften sollte möglichst direkt in die Haupttragstruktur erfolgen. Unnötige Kraftumlenkungen führen zu komplizierten Spannungszuständen, die eine größere Dimensionierung und ein höheres Gewicht nach sich ziehen. Konstruktionen sollten zudem möglichst symmetrisch, geschlossen und segmentiert vorliegen.
Bei minimaler Fläche sollten große Trägheitsmomente bzw. Widerstände angestrebt werden, insbesondere bei torsions-, biege- und knickgefährdeten Strukturen. Anstelle von Vollprofilen sollten Hohlprofile eingesetzt werden.
Durch eine aufgelockerte Bauweise können Flächentragwerke bei gleichzeitig kleiner Querschnittsfläche deutlich versteift werden. Durch den Einsatz von Unterstützungsrippen, Untergurten oder Sandwichkonstruktionen kann die Steifigkeit im Vergleich zu massiven Tragwerken bei gleichem Materialaufwand deutlich erhöht werden.
Die Knick-, Biege- und Beulsteifigkeit kann durch eine gezielte Vorkrümmung von Bauteilen erhöht werden. Die Krümmung vergrößert das Flächenträgheitsmoment und verringert gleichzeitig die strukturelle Instabilität der Konstruktion.
Durch die Verwendung von Ortho- oder Anisotropien kann die Steifigkeit eines Bauteils in den Hauptbelastungsrichtungen erhöht werden. Konstruktive Maßnahmen, wie Sicken oder Rippen, helfen dabei, Anisotropien zu erreichen. Weitere Optionen hierfür beinhalten die Wahl unterschiedlicher Blechdicken sowie die Auswahl verschiedener Werkstoffe.
Die Verringerung der Bauteilanzahl in Form einer Integralbauweise kann ein einfacher Weg sein, um das Gewicht einer Baugruppe zu reduzieren. Hierbei müssen allerdings auch die anderen Ziele einer Baustruktur, wie z.B. Reparierbarkeit, beachtet werden.
Material sollte an den Stellen eingespart werden, die sich nicht im Kraftfluss befinden. Hierdurch sinkt der Materialaufwand bei gleichbleibender Steifigkeit der Konstruktion.
Die Sicherheitsfaktoren bei der Auslegung eines Bauteils sollten stets minimal gehalten werden. Hierfür ist eine umfassende Kenntnis der zu erwartenden Belastung notwendig (z.B. durch Simulation).*
Kranz, J. (2017): Methodik und Richtlinien für die Konstruktion von laseradditiv gefertigten Leichtbaustrukturen. Dissertation. Light Engineering für die Praxis, ISBN 978-3-662-55339-8.