Teilnehmer des Partner-Treffens: Prof. M. Jautze (li.), Prof. O. Huber (3. v. l.), Prof. Dr. H. Saage (7. v. l.), Prof. H. Klaus (10. v. l., alle HS Landshut), U. Weber (8. v.l., Otto Spanner GmbH) und Dr. F. Schönfeld (4. v.r., MAN Truck & Bus).
Foto: Hochschule Landshut

Werkstoffe

Hochschule Landshut: Innovative Leichtbauprojekte

Im Fokus der neuen Forschungsprojekte stehen Magnesium-Knetlegierungen, Ti-Al-Legierungen und gekrümmte Sandwichelemente.

Leichtbautechnologien sind branchenübergreifend eine Schlüsselthema für die Industrie, für Ressourceneffizienz und CO2-Einsparung. Für zusätzliche Aktivitäten erhielt der Forschungsschwerpunkt (FSP) Leichtbau der Hochschule Landshut unter Leitung von Prof. Dr. Otto Huber kürzlich eine Förderzusage in Höhe von rund 650.000 Euro vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst.

Kooperationsprojekt vernetzt Wissenschaft und Industrie

Bei einem ersten Partnertreffen an der Hochschule Landshut fiel am Mittwoch, 19. September 2018, der Startschuss für neue Forschungsaktivitäten in den Bereichen Erforschung der Eigenschaften von laserbehandelten Titan-Aluminium-Legierungen, der Lebensdaueranalyse von umgeformten Magnesium-Blechen sowie die Herstellung und Berechnung von mehrfach gekrümmten Sandwichelementen. Durchgeführt werden die Projekte im Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK) in Zusammenarbeit mit der Universität Salzburg und der TU Bergakademie Freiberg.

„Das Thema Leichtbau und besonders der Einsatz von Leichtbaumetallen sind für Nutzfahrzeuge ein höchst aktuelles Thema, begründet Dr. Falk Schönfeld (MAN Truck & Bus) seine Beteiligung am Projekt. Das Unternehmen stellt ebenso wie die Industriepartner Dennert Poraver GmbH, LANXESS Deutschland GmbH, Porcher Industries Germany GmbH, HBM Prenscia GmbH, TWI GmbH den Praxisbezug der Forschungsprojekte sicher.

„Als Hersteller von Metall-Teilen und Baugruppen für die Industrie sind neuste Forschungserkenntnissen über Leichtbau-Metalle und deren Eigenschaften bei der Umformung für uns von großer Bedeutung“, bestätigt Ulrich Weber vom weiteren Partner Otto Spanner GmbH (Bayerbach) das Interesse der Industrie an den neuen Projekten.

Vielfältige Leichtbau-Kompetenzen an der Hochschule Landshut als Basis

„Das zukunftsweisende Thema Leichtbau spielt an der Hochschule Landshut seit vielen Jahren in Lehre, Forschung und Wissenstransfer eine wichtige Rolle,“ betont Prof. Dr. Marcus Jautze, Dekan der Fakultät Maschinenbau der Hochschule Landshut: Dies Im Bereich der Lehre durch eine eigene Profilierungsrichtung „Leichtbau“ im Bachelor-Studiengang Maschinenbau, durch den Master-Studiengang „Leichtbau und Simulation“ sowie den berufsbegleitenden Master „Applied Computational Mechanics“, der in Kooperation mit der Technischen Hochschule Ingolstadt und der CADFEM GmbH durchgeführt wird.

Umfassende Veröffentlichungen und Forschungsvorhaben wie z.B. das EU-geförderte Interreg-Projekt „nano to macro“, in dem zusammen mit der Paris Lodron Universität Salzburg ein gemeinsames grenzüberschreitendes F&E-Zentrum für den Leichtbau etabliert wurde, begründen die hohe Reputation des Forschungsschwerpunktes Leichtbau mit dem Kompetenzzentrum und dem Leichtbau-Cluster (LC) der Hochschule Landshut.

Sowohl das LLK als auch der LC werden mittlerweile im Kompetenzatlas Leichtbau aufgeführt, der die Kernakteure mit nationaler Bedeutung auflistet und vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird.

Leichtbau-Forschung in innovativen Themenfeldern

Durch die Mittel der aktuellen Förderung, die u.a. Stellen für wissenschaftliche Mitarbeiter beinhaltet, können bereits bestehende Forschungsaktivitäten erweitert und neue angegangen und die Infrastruktur der Labore weiter ausgebaut werden. Die neuen Forschungsvorhaben konzentrieren sich auf drei Teilprojekte:

1. Sandwichelemente

Unter der Leitung von Prof. Dr. Hubert Klaus sollen mehrfach gekrümmte Sandwichelemente hergestellt und Schädigungsmodelle zur Beschreibung zellularer Verbundwerkstoffe weiterentwickelt werden. Das Teilprojekt baut auf Erkenntnisse des Forschungsprojekts „TeTIHS“ auf, in dem u.a. die Herstellungstechnologie von ebenen Sandwichelementen erstellt wird. Anlagen zur reproduzierbaren Herstellung und Prüfung der mechanischen Eigenschaften von zellularen Verbundwerkstoff (ZVW)-Platten sind bereits vorhanden. In einem ersten Schritt soll ein Demonstrator, ein möglichst praxisrelevantes Bauteil, aus ZVW mit integrierten faserverstärkten Deckschichten hergestellt werden, an dem weitere Untersuchungen stattfinden sollen.

2. Magnesium-Knetlegierungen

Im Fokus einer zweiten Forschungsrichtung unter Leitung von Prof. Dr. Otto Huber stehen Magnesium (Mg)-Knetlegierungen, die ein hohes Leichtbaupotential in Bezug auf die statische und zyklische Festigkeit aufweisen. Mit gängigen Betriebsfestigkeitsprogrammen ist es derzeit aber nicht möglich eine Lebensdauerberechnung von umgeformten Mg-Strukturbauteilen durchzuführen. Hierfür fehlt ein geeignetes Stoffgesetz, das die starke basale Texturierung und die damit einhergehenden Lokalisierungen der plastischen Dehnungen in Form von Bändern verzwillingter Körner (BvK) mathematisch auf Kontinuumsebene ausreichend genau beschreibt. In dem Vorgängerprojekt „MagForm“ wurde die Methode des „highly strained volume“ für die Betriebsfestigkeitsrechnung entwickelt. Über das experimentell ermittelte Dehnungsfeld wird zur Bestimmung der Schädigungsparameter die lokale Dehnung in den BvK bewertet. Das Hauptziel der jetzigen Forschung besteht darin, eine validierte Methode zur Berechnung der Lebensdauer von umgeformten und gekerbten Mg-Strukturbauteilen zu entwickeln.

3. Titan-Aluminium-Legierungen

In einer dritten Forschungsrichtung unter der Leitung von Prof. Dr. Holger Saage werden die Eigenschaften von laserbehandelten Bauteilen aus intermetallischen Titan-Aluminium-Legierungen erforscht sowie die additive Fertigung durch ein laserbasiertes Pulverauftragschweißen von Titan-Basislegierungen erweitert. Der Forschungsschwerpunkt verfügt bereits über eine Laserschweißanlage mit separaten Heiz- und Kühlmöglichkeiten.

Zu Beginn des Projektes soll die Adaption des Laserauftragschweißens an der Laserschweißanlage erfolgen. Bisher wurden Vorversuche hinsichtlich Schutzgasoptimierung und Umschmelzversuche von Stahl-, Aluminium- und TiAl- Bauteilen durchgeführt, sowie zum Verbinden von Magnesium-Blechen mittels Laserschweißprozesses durchgeführt. Hauptziel des Forschungsvorhabens ist die Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften von pulverauftraggeschweißten Materialproben.

Zusätzliche Forschungsvorhaben in den Bereichen Titan-3D-Druck sowie RTM-Verfahren von reaktiven Biopolymeren sind in Planung.

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