LeiKom-Handbuch Produkt Instrumente zur Entwick- lung - IfG

2.8 Leichtbaukennzahlen
Um einen schnellen Vergleich unterschiedlicher Werkstoffalternativen oder Konstruktionslösungen
zu ermöglichen, wurden verschiedene Systeme von Leichtbaukennzahlen vorgeschlagen.
Bei der normierten Gütekennzahl nach Conen wird eine massebezogene Werkstoffeigenschaft
in Bezug zu einem Referenzwerkstoff beurteilt. Es handelt sich um eine Verhältniskennzahl,
welche angibt, um wie viel leichter ein Bauteil aus einem Alternativwerkstoff im
Vergleich zu einem Bauteil mit identischer Geometrie und Belastungswiderstand aus dem
Referenzwerkstoff ist. Im Interesse einer leichtbaugerechten Konstruktionslösung ist ein
möglichst hoher Wert für die normierte Gütekennzahl anzustreben. Als Belastungskenngrößen
wurden statische Zug- und Druckfestigkeit, Längssteifigkeit (Zug, Druck), Torsionsschubsteifigkeit,
Knicksteifigkeit von Stäben, Beulsteifigkeit und Biegesteifigkeit von Platten,
elastisches Arbeitsaufnahmevermögen, Schlagzähigkeit und Schwingfestigkeit berücksichtigt.
Leider existiert in der Praxis noch kein Werkstoffkatalog, der die Vielzahl unterschiedlicher
Werkstoffe und Werkstoffvarianten ausreichend berücksichtigt und einen detaillierten
Vergleich unterschiedlicher Werkstoffe ermöglichen würde.
Einen anderen Ansatz verfolgt die Leichtbaukennzahl LBK (manchmal auch mit M bezeichnet),
die das Verhältnis aus Gesamtlast FG und Eigenlast FE einer Konstruktion wiedergibt.
LBK = FG / FE
(2-6)
Auch hier wird ein möglichst hoher Wert angestrebt, bei dem die Eigenlast im Vergleich zur
Nutzlast gering ausfällt. Es handelt sich um eine Kennzahl zur Bewertung unterschiedlicher
Konstruktionslösungen, bei denen die Werkstoffbelegung als Teil der Gesamtlösung in die
Beurteilung mit einbezogen wird. Die LBK ist jeweils auf einen Beanspruchungsfall (Lastfall)
bezogen, z.B. auf statische Zugbelastung, dynamische Durchbiegung oder auf die Eigenfrequenz
schwingender Systeme.
Leichtbaukennzahlen stehen in der Kritik, den komplexen Zusammenhängen zwischen physikalischen
und mechanischen Randbedingungen, den entsprechenden massebezogenen
Materialeigenschaften und den sich aus einer Überbeanspruchung ergebenden möglichen
Schädigungsverläufen und deren Implikationen auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit von
Gesamtsystemen nicht in ausreichender Weise gerecht zu werden [SOB07]. Auch wenn im
Anschluss an die Entscheidung für einen grundsätzlichen konstruktionstechnischen Lö-
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