Leichtbau in BW

Die Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie sind Schlüsselindustrien in Baden-Württemberg und Deutschland, die vor erheblichen Herausforderungen durch internationalen Wettbewerb und neue Antriebsformen stehen.

Kontinuierliche Innovationen sind unerlässlich, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Die Entwicklung fortschrittlicher Materialien und Technologien, der Einsatz von neuen Metallwerkstoffen und neuen Metallkonstruktionen, die wirtschaftliche Anwendung von Faserverbundwerkstoffen und konkurrenzfähiger biogener Rohstoffe sowie das Recycling wertvoller Ressourcen tragen entscheidend zur Innovationskraft und Nachhaltigkeit dieser Industrien bei.

Je leichter ein Fahrzeug oder ein Flugzeug ist, desto weniger Energie wird während der Nutzungsphase verbraucht. Zusätzlich wird beim Bau weniger Material benötigt. Außerdem ist es durch die Funktionsintegration des Leichtbaus möglich, dass ein Bauteil mehrere Funktionen übernehmen oder bestimmte Funktionen nach einer Überprüfung weggelassen werden können. Dafür ist es wichtig, dass Leichtbau bereits in der Konstruktions- und Entwicklungsphase berücksichtigt wird.

Die Baden-Württembergischen Firmen und Forschungseinrichtungen tragen mit der Entwicklung nachhaltiger Lösungen zum Fortschritt in diesem Bereich bei. Nur durch enge Zusammenarbeit und Wissensaustausch können technologische und ökologische Transformation erfolgreich gestaltet werden.

Leichtbau hat sich in allen Bereichen der Technik als wichtiger Motor für Erneuerung und Innovation etabliert. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, ist es notwendig hinsichtlich neuer Werkstoffe und Technologien am Zahn der Zeit und vernetzt zu bleiben.

Automobil

In der Fahrzeugindustrie sind Innovationen für Effizienz und Umweltfreundlichkeit unerlässlich. Leichtbauweise, elektrische Antriebe und alternative Kraftstoffe prägen diese Branche. Textile Materialien wie Hanf- und Flachsfasern in Verbundwerkstoffen reduzieren das Fahrzeuggewicht und damit den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen.

Biobasierte Carbonfasern, aus nachwachsenden Rohstoffen wie Cellulose gewonnen, bieten ähnliche mechanische Eigenschaften wie konventionelle Carbonfasern, sind aber umweltfreundlicher in Herstellung und Entsorgung.

Luft- und Raumfahrt

In Baden-Württemberg sind viele Firmen der Luftfahrtbranche tätig. Das Forum Luft- und Raumfahrt Baden-Württemberg e.V. (LR BW) ist die Vertretung der Luft- und Raumfahrtbranche im Südwesten. Die Luftfahrt verwendet neben Titan, Aluminium und Stahl-Leichtbaulösungen auch in hohem Maße Faserverbundwerkstoffe. FVK und weitere textilbasierte Lösungen (z.B. leichte Sitzbezüge) reduzieren das Flugzeuggewicht und senken den Treibstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen. Keramische Verbundmaterialien in Turbinen ermöglichen den Betrieb bei höheren Temperaturen und verringern das Gewicht.

Die Volocopter GmbH mit Hauptsitz im baden-württembergischen Bruchsal entwickelt beispielsweise elektrische VTOL-Flugtaxis für Passagiere sowie Lastendrohnen unter anderem aus Faserverbundwerkstoffen.

Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen des Maschinenbaus unterliegen einem hohen Kostendruck durch die Konkurrenz aus Fernost.

Die Arbeitsgeschwindigkeit der jeweiligen Maschine hängt dabei vor allem mit der Masse der bewegten Teile zusammen. Mit Leichtbau werden bewegte Massen verkleinert, was zur Verwendung kleinerer Motoren und dadurch zu einer Kosteneinsparung führen kann. Der sparsame Umgang mit wertvollen Ressourcen schont das Klima – leichtere bewegte Massen und kleinere Motoren benötigen weniger Energie im Betrieb.

Klimawandel, knapper werdende Ressourcen und stetig wachsende Metropolen sind die Zukunftsthemen für die Bauwirtschaft. Durch den Einsatz von Leichtbauprinzipien in der Baubranche und vor allem CO2-speicherndes Holz können wertvolle Ressourcen gespart werden. 2027 wird die Internationale Bauausstellung in Stuttgart und Umgebung stattfinden, welche ebenfalls Leichtbau im Bauwesen thematisiert.

Der Einsatz von textilen Bewehrungen schont vor allem die knappen Ressourcen Energie und Bausand. Mit neuen 3D-Druckverfahren können Gebäude voll digitalisiert, kostengünstig sowie energie- und materialsparend gefertigt werden.

Ein Beispiel für einen wesentlich verringerten Materialeinsatz gegenüber einer konventionellen Bauweise ist eine Autobahnbrücke bei Friedberg, welche seit 2008 im Einsatz ist. Hier liegen auf Stahl-Hauptträgern Faserverbundprofile als Fahrbahn.

Die Ritsumasyl-Brücke in Holland ist ein weiteres Beispiel des Material- bzw. Konstruktionsleichtbaus. Die Alte Brücke in Stahlbetonbauweise wog 400 Tonnen. Nach Abriss und Wiederaufbau wiegt die Brücke aus Bio-Compositen nur noch 30 Tonnen.

Recycling

Um die Nachhaltigkeitsstrategien des Bundes zu erfüllen, müssen Werkstoffe recycelt bzw. wieder in den Kreislauf gebracht werden. In den BW-Forschungseinrichtungen und Firmen werden Methoden zur industriellen Wiederverwertung von Carbonfasern, Glasfasern und Fasergemischen und End of Life Bauteilen entwickelt.

Die beiden Leichtbau-Allianz BW Partner AFBW und CU BW veranstalten gemeinsam in Stuttgart alle zwei Jahre Kongresse zum Carbonfaser-Recycling.

Die in Göppingen ansässige Firma IPCO schreddert beispielsweise Windkraftflügel und produziert nur mit einer 10% Neuzugabe von Matrixharz hervorragende See-Containerböden und Pick-up Ladeböden.

Nachhaltigkeit und Lebenszyklusanalyse

Der Klimawandel verschärft sich. Um CO2 einzusparen, müssen wir uns mehr anstrengen und weitergehende Maßnahmen ergreifen. Der nächste Schritt zu einer nachhaltigen und CO2-armen Welt ist die CO2-Berichtspflicht für Unternehmen. In der seit 2024 geltenden Verordnung müssen die Nachhaltigkeitsbemühungen der Firmen dokumentiert werden, beispielsweise auch bezüglich einer nachhaltigen betrieblichen Mobilität.

In Baden-Württemberg wird die KlimaWin-Charta als Nachfolger der WIN-Charta der nachhaltige Klimaschutz vorangetrieben. Klimaschutz gilt ebenso als Innovationstreiber, steigert die Reputation der Firmen und fördert die langfristige Wettbewerbsfähigkeit. Klima-Win fordert die Unternehmen auf, transparent und differenziert über ihre Erfolge bei der Senkung ihrer Treibhausgasemissionen sowie über die Verbesserung der Ressourceneffizienz bzw. Erhöhung der Rohstoffverwertung zu berichten.

Die Bewertung der Nachhaltigkeit beim Einsatz bisheriger und neuer Materialien, Technologien und Bauteile über den gesamten Lebenszyklus ist eine große Herausforderung. Zur Durchführung von Lebenszyklusanalysen gibt es in Baden-Württemberg Ansprechpartner:innen, welche Sie bei der Beurteilung der ökologischen und ökonomischen Vorteile ihrer Innovationen unterstützen.

Biogene Rohstoffe

Der Leichtbau ist der Schlüssel zur nachhaltigen Transformation und vereint Wirtschaftlichkeit mit Klimaschutz, Ressourcenschonung und Kreislauffähigkeit. Zur Reduktion des CO2-Fußabdrucks und zur Erreichung klimaneutraler Produkte ersetzen Unternehmen fossilbasierte Rohstoffe durch nachhaltige Alternativen. Das Land Baden-Württemberg hat sich zum Ziel gesetzt, ein Zentrum der Naturfasergewinnung und Naturfaserverarbeitung zu werden. Neben Naturfasern werden Cellulose und Lignin als biogene Rohstoffe zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen und biobasierten Carbonfasern entwickelt. Diese können z. B. in Brennstoffzellen für emissionsfreie Antriebe verwendet werden, Filtermedien nachhaltiger werden lassen oder Glasfaserverbundwerkstoffe nachhaltig ersetzen.

Faserverbundwerkstoffe, insbesondere Carbon, haben den Sport revolutioniert und unterstützen Athlet:innen dabei, Höchstleistungen zu erzielen. CFK zeichnet sich durch seine Leichtigkeit, Biegesteifigkeit, Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Carbon kann individuell an Sportgeräte angepasst werden und bietet damit spezifische Vorteile in verschiedenen Sportarten.

Carbon ist für seine vielseitigen Eigenschaften bekannt und hat sich als idealer Werkstoff im Sport etabliert. Das Berliner Institut für Forschung und Entwicklung von Sportgeräten (FES) erforscht seit den 1970er-Jahren die Anwendung von Carbon im Bootsbau und Radsport. Diese Expertise hat sich auf Wintersportgeräte und andere Bereiche ausgeweitet.

Einige Beispiele für den Einsatz von Carbon im Sportbereich

Carbon wird in zahlreichen Sportgeräten verwendet, von Booten und Fahrrädern bis hin zu Golfschlägern und Angelruten. Im Profi- und Breitensport ist Carbon ein gängiges Material, das aufgrund seiner Eigenschaften wie Leichtigkeit und Stabilität geschätzt wird. Besonders bei Sportarten, bei denen es auf jedes Gramm ankommt, wie im Radsport oder beim Skifahren, ist Carbon unverzichtbar geworden.

Breitensport

Carbon hat sich auch im Breitensport etabliert. Von Nordic-Walking-Stöcken über Billard-Queues bis hin zu E-Bikes – viele Freizeitsportler:innen nutzen die Vorteile dieses Materials. Auch im Wassersport, beim Schwimmen und in der Leichtathletik werden Geräte und Accessoires aus Carbon immer beliebter.

Motorsport

Im Motorsport, insbesondere in der Formel 1, werden Carbon-Verbundwerkstoffe wegen ihrer Leichtigkeit und hohen Reibungskoeffizienten eingesetzt. Bremsen, Karosserieteile und andere Komponenten profitieren von den herausragenden Eigenschaften des Materials.

Wassersport

Im Wassersport hat Carbon den Bootsbau revolutioniert. Leichte und stabile Kanus, Kajaks und Paddel sind aus dem Material gefertigt. Auch in der Schwimmbekleidung und bei Wassersportzubehör findet Carbon Anwendung.

Wintersport

Wintersportgeräte wie Skier, Snowboards und Schlitten profitieren von der Leichtigkeit und Stabilität von Carbon. Auch im Eishockey und Eisstockschießen wird das Material zunehmend eingesetzt.

Behindertensport

Carbonprothesen haben Athleten wie Oscar Pistorius und Markus Rehm zu sportlichen Höchstleistungen verholfen. Diese Prothesen sind den Hinterläufen von Geparden nachempfunden und bieten optimale Elastizität und Stabilität. Auch Rollstühle aus Carbon sind im Behindertensport weit verbreitet.