Leichtbaukonzepte : ein Leitfaden zur Entwicklung von Leichtbaukonstruktionen in korrosiver Umgebung

Abstract

Leichtbau gewinnt an Bedeutung. Die Zahl der optimierten Werkstoffe steigt stetig und die unterstützende Standardsoftware sowie die notwendige Hardware wird immer preiswerter und effizienter in der Anwendung. Diese neuen Möglichkeiten erfordern jedoch umfangreicheres und spezifischeres Know-how der Konstrukteur_innen und Berechnungsingenieur_innen. Ist in einer Firma entsprechendes Know-how nicht vorhanden, so ist dessen Erwerb aufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Bei mittel- und langfristiger bzw. taktischer und strategischer Planung kann es notwendig sein, hierfür Spezialisten einzustellen und sehr spezifische Software zu beschaffen. Besonders für kleine Betriebe ist es eine Herausforderung, diese teuren Ressourcen ohne Leerlaufzeiten und damit effizient einzusetzen. Aus technischer Sicht gestaltet sich die Entwicklung von Leichtbaukonstruktionen noch komplexer, wenn über die statische und dynamische Festigkeit sowie die Steifigkeit hinaus weitere Rahmenbedingungen die Konstruktionsfreiheit einschränken. Dies ist insbesondere bei erhöhter Korrosionsgefahr wie z.B. in maritimer Umgebung der Fall. Die Korrosion ist nicht nur von dem mechanischen Design, sondern auch von der Umgebung abhängig. Die Korrosion wirkt sich auf das Erscheinungsbild der Konstruktionen, aber auch auf die Zeit- und Dauerfestigkeit der Werkstoffe aus. Ziel dieser Arbeit ist es, auf einzelne Bereiche von Leichtbaukonstruktionen einzugehen und Ansätze bzw. Konzepte vorzustellen, welche die Entwicklung von Leichtbaukonstruktionen in korrosiver Umgebung erleichtern. Methoden für die Materialauswahl, die Abschätzung der Kontaktkorrosion, die massensparende Konstruktionsoptimierung am Beispiel des Designs einer statischen Dichtstelle sowie das Aufzeigen des Leichtbaupotentials der Bauteiloptimierung mit unterstützender Software sind hierbei beispielhaft angeführte Schwerpunkte. Die entwickelten Konzepte richten sich besonders an Konstrukteur_innen mit wenig Erfahrung und / oder mit beschränkten technischen und finanziellen Mitteln. Ihnen sollen Hilfsmittel zur Verfügung gestellt werden, um hochwertige und zuverlässige Konstruktionen zu entwickeln.

Lightweight design is becoming more important. The number of optimized materials is constantly increasing and the supporting standard software as well as the necessary hardware is becoming cheaper and more efficient to use. However, these new possibilities require more extensive and specific know-how of the mechanical design engineers and CAE engineers. If a company does not have the necessary know-how, its acquisition is costly and time-consuming. For medium- and longterm or tactical and strategic planning, it may be necessary to hire specialists and procure very specific software. Especially for small companies it is a challenge to use these expensive resources efficiently without idle times. From a technical point of view, the development of lightweight structures is even more complex, if in addition to static and dynamic strength and stiffness, other framework conditions restrict the freedom of design. This is particularly the case with increased risk of corrosion, e.g. in maritime environments. Corrosion depends not only on the mechanical design, but also on the environment. Corrosion has not only an effect on the appearance of the structures, but also on the time and fatigue strength of the materials. The aim of this work is to address individual areas of lightweight construction and to present approaches and concepts that facilitate the development of lightweight construction in corrosive environments. Methods for the selection of materials, the estimation of contact corrosion, the mass saving design optimization using the example of the design of a static sealing point as well as the demonstration of the lightweight construction potential of component optimization with supporting software are examples of the focal points listed here. The concepts developed are particularly aimed at designers with little experience and/or limited technical and financial resources. They are to be provided with tools to develop high-quality and reliable designs.