Leichtbauwerkstoffen

Leichtbauwerkstoffe sind Materialien, deren Dichte gering ist im Verhältnis zu ihrer Festigkeit oder Steifigkeit. Ziel ist es, das Bauteilgewicht zu reduzieren, ohne Tragfähigkeit, Funktion oder Sicherheit zu beeinträchtigen. Leichtbau spielt eine zentrale Rolle, wenn Effizienz, Energieverbrauch oder Transportkosten kritisch sind.

Zu den wichtigsten Klassen gehören Leichtmetalle wie Aluminium- und Magnesiumlegierungen sowie Titanlegierungen; faserverstärkte Kunststoffe wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFRP) und glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFRP); hochfeste Stähle; sowie keramische oder hybride Leichtbaustoffe in bestimmten Anwendungen. Holz und Holzwerkstoffe werden ebenfalls in Bau- und Möbelanwendungen genutzt.

Typische Eigenschaften sind eine geringe Dichte, hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit, gute Ermüdungsleistung und oft gute Temperaturtoleranz. Nachteile können Kosten, Fertigungsaufwand, Korrosionsverhalten oder Recyclingprobleme sein. Die Auswahl erfolgt nach dem Balance zwischen Gewichtseinsparung, Kosten, Herstellbarkeit und Lebenszyklusanforderungen.

Verarbeitungstechniken umfassen Gießen, Schmieden, Extrudieren und Umformen bei Metallen; sowie das Schichtaufbau-Verfahren, Prepreg-Technologien oder Vakuuminfusion bei Faserverbundwerkstoffen. Additive Fertigung wird zunehmend genutzt, um komplexe Geometrien zu realisieren und Gewicht weiter zu reduzieren.

Anwendungen finden sich vor allem in Luft- und Raumfahrt, Automobil- und Nutzfahrzeugbau, Schiffbau, Bauwesen, Windenergie sowie Sport- und Freizeitgeräte.

Nachhaltigkeit: Lebenszyklusanalysen und Recyclingfragen beeinflussen die Gesamtbilanz. Aluminium lässt sich relativ gut recyceln; Faserverstärkte Kunststoffe stellen Recyclingherausforderungen dar. Die Auswahl von Leichtbauwerkstoffen zielt oft auf einen ganzheitlichen Nutzen über Lebensdauer und Wartungskosten hinweg.