Aus der Praxis:

BIONISCH OPTIMIERTER STABILISATOR-RAHMEN

In der Natur finden sich zahlreiche Leichtbauprinzipien, die als Inspirationsquelle für technische Anwendungen dienen können. Ein sehr effizientes Konzept umfasst dabei die Ausgestaltung lasttragender Elemente mit funktional-gradierten zellularen Strukturen. Für die Berechnung und Modellierung solcher Strukturen haben wir hauseigene Optimierungstools entwickelt, die wir bei unseren Projekten einsetzen.

Das vorliegende Beispiel stammt aus einem Projekt mit dem Berliner Formula Student Teams FaSTTUBe, welches wir regelmäßig mit speziellen Sponsorings unterstützen. Der 2-teilige Rahmen und die beiden Anschluss-Brackets des Fahrwerk-Stabilisators wurden mit verschiedenen Methoden optimiert. Im Designprozess wurden zudem verschiedene Werkstoffe und Fertigungsrouten betrachtet, um die größten Potentiale für ein möglichst effizientes Leichtbaudesign auszuschöpfen.

Ein besonderes Highlight der optimierten Komponente ist das Upper Frame, das nun mit einer speziellen strukturmechanisch-optimierten Leichtbaustruktur geschmückt ist. Es besteht aus dem hochfesten Aluminiumwerkstoff 7075-T6 und wird mittels Laserstrahlschneiden hergestellt. Die drei anderen Bauteile wurden hingegen mittels Selective Laser Melting vom 3D-Druckspezialisten bkl 3D gefertigt, davon die Brackets aus dem hochfesten Stahlwerkstoff 1.2709 und das Lower Frame aus der Aluminiumlegierung AlSi10Mg.

Der neu entwickelte, bionisch-optimierte Stabilisator-Rahmen ist rund 25 % leichter und gleichzeitig rund 474 % steifer als die bisherige Referenz. Das großartige Ergebnis sorgte natürlich für Begeisterung sowohl bei FaSTTUBe als auch bei uns, da wir selbst immer wieder positiv von den Möglichkeiten und Potentialen numerisch-gestützter Optimierungsmethoden begeistert werden. Aufgrund der Coronapandemie-bedingten Wettbewerbsausfälle konnte die Komponente leider bisher nicht im realen Wettkampf eingesetzt werden. Dies wird jedoch zu gegebener Zeit nachgeholt.

Das Projekt wurde als Leuchtturmvorhaben des Leichtbaus in der Hauptstadtregion Berlin/Brandenburg im Februar 2021 ausgezeichnet.

CAD-Konzeptentwurf der optimierten Baugruppe.

Gefertigtes Upper Frame Bauteil mit funktional-gradierter zellularer Struktur.

Schweiß- und Verbindungstest des optimierten Brackets am Fahrzeugrahmen.

Montageüberprüfung und Funktionstests der gesamten Baugruppe im Fahrzeug.

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