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Nutzfahrzeuge: Neuer Professor entwickelt effizientere und leichtere Bauteile mit 3D-Metall-Drucker

03.05.2018

Wie lassen sich Bauteile für Nutzfahrzeuge derartig gestalten, dass sie möglichst leicht und langlebig sind? Wie lässt sich der Komfort für den Fahrer erhöhen, um etwa die Arbeit von Kran- oder Bagger-Fahrern zu verbessern? Mit diesen Fragen befasst sich Professor Dr. Roman Teutsch in seiner Forschung. Seit kurzem leitet er den neu ausgerichteten Lehrstuhl für Konstruktion in Maschinenbau und Fahrzeugtechnik (ehemals Konstruktion im Maschinen- und Apparatebau, KIMA) an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK). Das Team um Teutsch setzt in seiner Arbeit unter anderem auf einen 3D-Metall-Drucker, um etwa neue komplexe Bauteile in einem Stück herzustellen.

Von voll funktionsfähigen Prototypenteilen für die frühe Entwicklungsphase über Ersatzteile bis hin zu ultraleichten Komponenten für die Formel 1 – immer mehr Unternehmen setzen bei ihrer Produktion auf 3D-Druck: Im Jahr 2015 bezifferte sich der weltweite Umsatz solcher Produkte bereits auf circa 1,9 Milliarden Euro. Laut einer Studie der Strategieberatung „PwC Strategy&“ wird er sich bis 2030 auf 22,5 Milliarden Euro beinahe verzehnfachen.


Professor Dr. Roman Teutsch

Foto: TUK/Thomas Koziel

Auch auf dem Kaiserslauterer Campus kommt die Technik zum Einsatz. Die Kaiserslauterer Ingenieure um Professor Teutsch etwa nutzen sie, um Bauteile für Nutzfahrzeuge, wie LKWs, Bagger oder Gabelstapler zu entwickeln. Das Verfahren bietet ihnen dabei die Möglichkeit, Teile derart zu gestalten, dass sie beispielsweise langlebig und gleichzeitig leichter sind.

„Vor allem für die Automobilindustrie sind solche Verfahren interessant“, sagt Professor Teutsch, der zuvor lange Jahre für die Nutzfahrzeugsparte des Autokonzerns Daimler gearbeitet hat, zuletzt für drei Jahre im brasilianischen Werk in São Bernado do Campo. „Viele Bauteile, die in sicherheitsrelevanten Bereichen zum Einsatz kommen, unterliegen strengen Vorgaben. Sie müssen über die Lebensspanne des Fahrzeugs halten.“

Der 3D-Drucker auf dem Kaiserslauterer Campus besitzt einen relativ großen Bauraum von 27,5 x 27,5 x 42 cm. „Damit lassen sich auch größere Bauteile für Nutzfahrzeuge an einem Stück herstellen“, sagt Teutsch.

Das Besondere dabei: „Der Drucker ermöglicht es uns, Teile anzufertigen, die eine große Komplexität wie zum Beispiel filigrane Gitterstrukturen aufweisen“, so Teutsch, der sich schon lange damit beschäftigt, wie sich die Effizienz von Nutzfahrzeugen verbessern lässt. „Auch erlaubt uns die Technik, bei der Konstruktion einfacher Verbesserungen zu berücksichtigen, beispielsweise um Gewicht einzusparen oder lastgerechtere Strukturen herzustellen.“

Zum Vorbild nehmen sich die Forscher am Lehrstuhl auch die Natur, etwa Übergänge in Astgabeln oder die Blattrippen vieler Pflanzen, welche eine tragende Struktur ausbilden. Solche bionischen Formen lassen sich dank der heutigen Technik viel einfacher herstellen“, fährt der Professor fort. Für die Forschung sind sie interessant, weil sich auf diese Weise effizientere Bauteile gestalten lassen. Darüber hinaus eignet sich die Technik auch für die Produktion von Ersatzteilen, wenn zum Beispiel die Werkzeuge des ursprünglichen Bauteils verschlissen sind.

Ein weiteres Forschungsfeld, mit dem sich Professor Teutsch künftig näher befassen möchte, ist der Komfort für den Fahrer. „Nutzfahrzeuge sind Arbeitsplätze“, sagt er. „Es gibt viele gesetzliche Grenzwerte für die körperliche Belastung in solchen Fahrzeugen.“ In einem Schaufelbagger kann es mitunter zu starken Stößen kommen, die auf Dauer die Muskulatur ermüden und zu Verspannungen führen können. „Hier möchten wir neue, auch aktive Systeme entwickeln, die dem Fahrer mehr Komfort bieten und ihn durch gezielte Automatisierung der Arbeitsabläufe weiter entlasten. Durch den höheren Automatisierungsgrad und eine kontinuierliche Rückmeldung an den Fahrer zu seinem Fahrverhalten ließe sich etwa auch der Energie- und Kraftstoffverbrauch deutlich reduzieren“, führt der Professor aus.

Darüber hinaus ist Professor Teutsch in der Lehre tätig und bietet Veranstaltungen an, die sich unter anderem der Konstruktion sowie der (Nutz-)Fahrzeugtechnik widmen. Auch hat er die Leitung des internationalen Masterstudiengangs „Commercial Vehicle Technology“ übernommen, bei dem der Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik eng mit der Informatik sowie der Elektrotechnik und Informationstechnik zusammenarbeitet.

Teutsch möchte in diesem Zusammenhang die Graduate School „Commercial Vehicle Technology“ weiter ausbauen, um eine breitere internationale Studentenschaft anzusprechen und international orientierte, interkulturell kompetente und über viele Disziplinen hinweg vernetzte Ingenieure auszubilden. Damit trägt die TUK dem Bedarf der Industrie nach einem moderneren Berufsbild für Ingenieure Rechnung, der sich aus der globalen Ausrichtungsstrategie vieler Firmen sowie der Erschließung gänzlich neuer Geschäftsmodelle ergibt.

Zur Person:
Seit Januar leitet Professor Teutsch das Lehrgebiet für Konstruktion in Maschinenbau und Fahrzeugtechnik im Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik. Nach seinem Studium an der Fachhochschule in Bingen war der Ingenieur zunächst viereinhalb Jahre beim Automobilzulieferer Continental Teves tätig, wo er sich mit elektronischen Bremssystemen beschäftigt hat. Nach einem anschließenden Masterstudium in Automotive Engineering im englischen Leeds hat er an der TUK am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik bei Professor Dr. Bernd Sauer promoviert. Seit 2005 arbeitete er für die PKW- und später die Nutzfahrzeugsparte der Daimler AG. So verantwortete er unter anderem ab 2008 den Bereich Betriebsfestigkeit im neu gegründeten Entwicklungs- und Versuchszentrum, unweit des LKW-Montagewerks in Wörth am Rhein. Die letzten drei Jahre war er für den Konzern im brasilianischen São Bernardo tätig, wo das Unternehmen die größte Nutzfahrzeugproduktion außerhalb Deutschlands unterhält. Für die Professur in Kaiserslautern kehrte er nun nach Deutschland zurück.

Fragen beantwortet:
Prof. Dr.-Ing. Roman Teutsch
Institute for Mechanical and Automotive Design (iMAD)
Tel.: 0631 205-3221
E-Mail: teutsch(at)mv.uni-kl.de

Melanie Löw | Technische Universität Kaiserslautern
Weitere Informationen:
http://www.uni-kl.de

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