Der Ruf nach dem "3-Liter-Auto" war schon fast verhallt, als die erneute Erhöhung der Benzinpreise alle Ideen zum Spritsparen wieder in Erinnerung rief. Mit leichteren Werkstoffen und neuen Konstruktionen wird inzwischen weltweit an Treibstoff- und Gewichtsersparnis bei Autos gearbeitet. Und auch Entwickler von Flugzeugen und Raketen sehen hier Möglichkeiten zur Verbesserung. Doch sind die "Sparkonstruktionen" auch sicher und zuverlässig genug? Diese Frage können Forscher des Fraunhofer-Institutes für Werkstoffmechanik in Freiburg jetzt mit mathematischen Modellen schon während der Konstruktion beantworten und unter Umständen dann Fehler direkt beseitigen.

Ein Schlüssel auf dem Weg zu sparsameren Autos sind Leichtbauwerkstoffe wie Aluminium und Magnesium. In Kombination mit neuen Arbeitsmethoden, wie speziellen Schweißverfahren, läßt sich noch mehr Gewicht sparen. Doch wie verändern sich Sicherheit und Zuverlässigkeit des Produktes durch die neuen Techniken? Taugen die Änderungen für den täglichen Einsatz? Und wie verhalten sie sich in Extremsituationen? Diese Fragen untersuchten die Fraunhofer-Forscher. Sie testeten die neuen Leichtbaukonstruktionen und Verbindungstechniken. Mittels mathematischer Modelle können sie das Verhalten der Bauteile bei Fertigung, Betrieb oder Unfall kostengünstig vorausberechnen.

Im Automobilbau beispielsweise versuchten die Hersteller bisher durch geschickte Konstruktion, Veränderung bei den Schweißparametern oder Nachbehandlung, Eigenspannungen oder Verzug in Bauteilen zu verringern. Mit Hilfe von numerischen Methoden und modernen Werkstoffmodellen ist es heute aber möglich, den Schweißvorgang zu beschreiben und den Verzug sowie die Eigenspannungen im Bauteil schon während des Schweißens zu ermitteln. Wie exakt und zuverlässig die rechnerische Vorhersage ist, zeigt der Einsatz einer geschweißten Fahrwerkschwinge aus Aluminium im aktuellen 5er BMW. Die für dieses Bauteil errechneten Veränderungen stimmten mit den im Experiment ermittelten Ergebnissen überein.

Dass die neuen Möglichkeiten nicht nur auf den Automobilbau beschränkt sind, zeigt eine Neukonstruktion an der Ariane 5-Rakete. Bei ihr ersetzte man an den Gehäusen der Treibstoff-Booster die sonst üblichen 180 Scherbolzen durch Elektronenstrahl-Schweißverbindungen. So konnten 1,9 Tonnen Gewicht pro Booster gespart werden, die dann wieder einer schwererern Nutzlast zu Gute kommen würden. Zurzeit überprüfen die Freiburger Forscher die Sicherheit dieses neuen Schweißverbindungs-Konzeptes, indem sie experimentelle und theoretisch-numerische Untersuchungen kombinieren. Am Ende der Prüfung sollen die neuen Konstruktionen auch der extremen Belastung eines Arinae 5-Fluges standhalten.