forschung 4 / 2010 14 Ingenieurwissenschaften Leichtere Tragwerke machen Autos und Flugzeuge beweglicher und umweltfreundlicher. Sie zu planen und herzustellen, setzt ein komplexes Zusammenspiel von Konstruktions- prinzipien, -werkstoffen und -verfahren voraus. Ingenieurwissenschaftler haben eine Produktionskette erschaffen, die Automatisierung mit flexibler Fertigung verbindet. Schlank und rank – von Roboterhand Michael Marré und A. Erman Tekkaya S ie sind das stützende Skelett von Autos, Flugzeugen und Motor- rädern: Tragwerke, die ein Fahrzeug sicher, belastbar und stabil machen. Bei einem Unfall schützen sie die Insassen, da sie einen Teil der Crash- Energie aufnehmen. Und Belas- tungsproben wie heißen Sommern, kalten Wintern und Schlaglöchern trotzen sie ohnehin. Neben diesen Anforderungen, die sich im täglichen Gebrauch stel- len, sollen die Tragwerke vor allem leicht und wirtschaftlich zu fertigen sein. Dabei gilt: je leichter, desto besser. Denn ein geringeres Gewicht bedeutet auch weniger Energiever- brauch. Dies schont die Umwelt und den eigenen Geldbeutel. So sind Tragwerke verdeckte „Tausendsas- sas“, die in Autos und Flugzeugen hinter einer Verkleidung aus Blech und Kunststoff ihre wichtigen Auf- gaben wahrnehmen. Für Ingenieure ist es eine große Herausforderung, solche Tragwerke zu konstruieren und zu fertigen. Insbesondere bei der Reduzierung des Gewichts, also dem Leichtbau solcher Tragwerke, stellen sich viele und zugleich fachübergreifende Fra- gen, die nur im Team angegangen werden können. Der Leichtbau zählt zu einer der komplexesten Ingeni- eurdisziplinen, da großes Fachwis- sen über Konstruktionsprinzipien, Werkstoffe und Fertigungsverfah- ren gefragt ist. Das alles geschieht mit dem Ziel, Gewicht und damit Energie zu sparen. Warum jedoch bedeutet eine Reduktion des Gewichts immer ei- nen geringeren Energieverbrauch? Damit ein Auto zum Beispiel einen Berg hochfahren kann, müssen vier Kräfte überwunden werden: der Rollwiderstand des Reifens auf der Straße, die Hangabtriebskraft, die Beschleunigungskraft und der Luft- widerstand. Der Rollwiderstand ist dafür verantwortlich, dass ein rol- lendes Objekt – egal, ob Ball oder Auto – nach einmaligem Anschie- ben langsamer wird und schließlich anhält. Damit ein Auto fahren kann, muss der Rollwiderstand durch den Antrieb ständig überwunden werden. Je größer das Fahrzeug- gewicht, desto höher ist auch der Rollwiderstand. Als weitere Kraft hat ein Fahrzeug die sogenannte Hangabtriebskraft zu überwinden. Sie sorgt dafür, dass im Winter das Ski- und Schlittenfahren möglich ist. Ein Fahrzeug muss diese Kraft bei einer Bergfahrt überwin- den. Auch hier gilt, je schwerer das Fahrzeug, desto größer die Hangab- triebskraft. Jede Autofahrt fängt be- kanntlich im Stand an. Um die Ge- schwindigkeit zu erhöhen, muss das Fahrzeug beschleunigt werden. Die Beschleunigungskraft ist ebenfalls abhängig vom Gewicht. Als vierte Kraft ist schließlich noch der Luft- widerstand zu nennen. Nur dieser ist nicht abhängig vom Gewicht des Fahrzeugs. Der Wille zur Reduktion des Ge- wichts ist ein Stück weit auch durch den Gesetzgeber getrieben. Zukünf- tig wird die Kraftfahrzeugsteuer an die Emission von CO 2 gekoppelt. Je mehr ein Fahrzeug verbraucht, desto mehr CO 2 stößt es aus, und je größer der CO 2 -Ausstoß ist, desto höher wird die Kraftfahrzeug- steuer angesetzt. Im Jahr 1995 lag der durchschnittliche CO 2 -Ausstoß aller Fahrzeugmodelle der Auto- mobilhersteller bei 185 Gramm pro gefahrenem Kilometer. Bis zum Jahr 2012 möchten die Automobilhersteller den Kraftstoff- verbrauch um ein Drittel senken. Verdeckte Tausendsassas: Aluminium- profile für den Karosseriebau.