Im Juli 2020 berichtete Leichtbauwelt über eine Profilverbindung für Composites und Metalle, die am Leichtbau-Zentrum Sachsen (LZS) entwickelt wurde. Dabei wird ein metallisches Lasteinleitungselement mit einem FKV-Grundkörper verbunden.
Doch was ist aus dieser Entwicklung geworden? Im Rahmen unseres Formats „Pilot oder Pause – der Leichtbaucheck“ haben wir beim LZS nachgefragt.
Pilot oder Pause? Der Leichtbau-Check
In dieser Rubrik greifen wir frühere Leichtbauprojekte erneut auf. Wir fragen die Verantwortlichen, wie sich ihre Ideen entwickelt haben – und zeigen, welche Chancen und Hürden in der Praxis bestehen.
Wie hat sich das Projekt entwickelt?
Die Profilwellenverbindungen wurden am LZS gemeinsam mit dem Unternehmen KWD Kupplungswerk Dresden zu einer Faserverbund-Metall-Hybridzahnkupplung weiterentwickelt, die auf kraftschlüssige Lastübertragung setzt.
Man erhält so eine galvanisch trennende Kupplung aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffsegment und zwei eingepressten Metall-Endstücken. Dies gelingt robust und dauerfest durch innenliegende Stützringe, wodurch die Übertragung der im Bahnkontext geforderten Drehmomente sicher möglich ist.
Welche Fortschritte konnten erzielt werden?
Die Faserverbund-Metall-Hybridzahnkupplung hat inzwischen den Schritt in die Praxis geschafft: Sie befindet sich seit über zwei Jahren im Serieneinsatz und hat sich im Feld bewährt.
Besonders interessant ist die Übertragbarkeit des Konzepts. Die eingesetzte Bauweise sowie die entwickelte Fügetechnologie lassen sich auch auf andere Hybridstrukturen aus Metall und Faserverbund übertragen. Die schnelle und einfache Fügbarkeit der Verbindung, kombiniert mit vergleichsweise niedrigen Kosten und hoher Leistungsdichte, schafft gute Voraussetzungen für die weitere Industrialisierung derartiger Verbindungen und Bauweisen im Serieneinsatz.
Wo steht die Technologie heute – und welches Potenzial hat sie?
Die entwickelte Faserverbund-Metall-Hybridzahnkupplung zeigt, wie sich Materialkombinationen gezielt für zusätzliche Funktionen nutzen lassen. Neben der Gewichtsreduktion können Hybridstrukturen beispielsweise auch – wie in diesem Beispiel – Isolation oder Schwingungsdämpfung übernehmen. Als mögliche zukünftige Anwendungen sehen Projektbeteiligtem unter anderem:
- Rotorwellen und Zwischenwellen in elektrifizierten Antriebssystemen mit hohen Drehzahl- und Drehmomentanforderungen oder
- die Integration von Sensorik/Smart-Materials in die Faserverbundkomponenten, wodurch „intelligente“ Leichtbaukomponenten für Antriebe in Maschinen oder in Schienenfahrzeugen entstehen.
Gerade die Kombination von Faserverbundkomponenten mit Smart Materials oder Sensorik könnte künftig neue Möglichkeiten für „intelligente“ Leichtbaukomponenten in Antrieben für den Maschinenbau oder Schienenfahrzeuge eröffnen.
Welchen Beitrag kann die Entwicklung zum Leichtbau leisten?
Der Ansatz zeigt exemplarisch, wie hybride Werkstoffsysteme mehrere Funktionen in einer Struktur vereinen können. Neben der Gewichtsreduzierung können solche Lösungen auch:
- Bauteillebensdauern erhöhen
- Energieverluste reduzieren
- Ressourcen effizienter nutzen.
Damit leisten Hybridstrukturen nicht nur einen Beitrag zum klassischen Leichtbau, sondern auch zu Nachhaltigkeit und Systemeffizienz in Antriebssystemen.
Welche Rolle spielt Leichtbau für das Unternehmen?
Der Leichtbau mit systemischem Lösungsansatz ist für das LZS integraler Bestandteil der Firmenidentität. Das Unternehmen positioniert sich als Entwicklungspartner für anspruchsvolle Leichtbau-Anwendungen in Branchen wie: Luftfahrt, Bahnindustrie, Automobilindustrie, Maschinen- und Anlagenbau. Ziel ist, durch innovative Leichtbaulösungen messbare Wettbewerbsvorteile zu erreichen.
Unsere Einschätzung
Die Entwicklung der Hybridzahnkupplung zeigt, dass Multi-Material-Konzepte im Leichtbau den Weg aus der Forschung in die industrielle Praxis finden, wenn die Anwender bei der Weiterentwicklung im Projekt beteiligt sind. Hier in diesem Beispiel ist der Schritt in die Serienanwendung gelungen – ein wichtiger Indikator für die industrielle Relevanz solcher Lösungen.
Besonders interessant ist die Übertragbarkeit der Fügetechnologie auf andere Hybridstrukturen. Sollte sich dieser Ansatz auch in weiteren Anwendungen bewähren, könnten solche Verbindungen künftig eine Schlüsselrolle in elektrifizierten Antriebssystemen spielen.
Wer ist Ansprechpartner für Rückfragen?
Weitere Informationen und Ansprechpartner finden Interessierte auf der Webseite des Leichtbau-Zentrums Sachsen (LZS). Das Team ist ebenso über LinkedIn erreichbar.
Bild oben: Zahnkupplungen – hier die Variante mit elektrischer Isolation – sind klassische Elemente des Maschinenbaus. Sie sind drehsteif und ermöglichen den Ausgleich eines Winkelversatzes bei kleinem Bauraum. (Quelle: LZS)
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