Startseite » Allgemein »

Automobile auf Diät gesetzt

30 Prozent weniger Gewicht durch Leichtbauwerkstoffe
Automobile auf Diät gesetzt

Anzeige
Der Werkstoffauswahl wird zur Zeit in kaum einer Branche so viel Beachtung geschenkt wie im Automobilbau. Die Konstrukteure nutzen einen Mix aus Metallen, Kunststoffen, Verbunden und Keramiken, um Gewicht einzusparen.

Von unserem Redaktionsmitglied Denise Fröhlich

Als der Elch den Kleinen von Daimler aus der Bahn warf, hat er mehr gewonnen als den Kampf gegen das „Heilix Blechle“ der Schwaben. Denn die A-Klasse ist keine reine Blechkonstruktion mehr. Vielmehr repräsentiert sie die gegenwärtige Entwicklung im Fahrzeug- und Maschinenbau: Den Vorzug erhält immer dasjenige Material, das die Anforderungen in der jeweiligen Baugruppe am besten erfüllt. Mit Blick auf Gewicht, Kosten und Funktionalität entsteht dabei ein ausgeprägter Werkstoffcocktail.
Die Automobilkonstrukteure müssen sich nach der Maxime eines möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauchs richten. Aus diesem Grund verordneten sie der A-Klasse eine Diät aus drei besonders leichtgewichtigen Materialien: Aluminium, Magnesium und Kunststoff. Obwohl sie nur einen Anteil von rund 26 Prozent am Fahrzeuggewicht ausmachen, reduzieren sie die Masse gegenüber konventioneller Stahlbauweise um mehr als 30 Prozent. Allein das Aluminium-Frontmodul bringt bis zu 40 Prozent weniger Gewicht auf die Waage als die Stahlausführung. Aus Magnesium bestehen verschiedene Konsolen, Streben und Halter sowie Teile des Querträgers und der Instrumententafel. Und bei einem Parkrempler braucht sich der Fahrer nicht mehr um seine Kotflügel zu sorgen. Polyamid machts möglich: Zum ersten Mal in der Großserie eingesetzt, spart der Kunststoff 2 kg Gewicht ein. Das Material ist warmformbeständig und zugleich schlagzäh selbst bei tiefen Temperaturen.
Im Automobilbereich ist ein regelrechter Wettbewerb um den geeignetsten Werkstoff entbrannt. Am deutlichsten zeigte sich dies, als Audi 1994 die Vollaluminium-Karosserie für den A 8 vorstellte. Den Neckarsulmern gelang es, 140 kg gegenüber vergleichbaren Fahrzeugen in Stahlausführung einzusparen. Um die geringere Festigkeit und das schwierigere Fügen zu kompensieren, mußten die Ingenieure neue Wege gehen – sie mußten aluminiumgerecht konstruieren. Die selbsttragende Karosse war passé. Mit dem sogenannten „Audi-Space-Frame“ entwickelten sie eine Rahmenstruktur, in welcher die Blechteile mittragend integriert sind. Daß dieser Ansatz gar nicht so neu ist, verrät augenzwinkernd Pressesprecher Rudolf Schiller: „Bereits Kutschen und die ersten Autos wurden nach diesem Prinzip gebaut. Und weil die Stahlkonstruktion nicht 1:1 in Aluminium übernommen werden kann, bewegten wir uns back to the roots“, so Schiller. Als Entwicklungsgrundlage für die Karosseriebleche diente das Material von Getränkedosendeckeln, das sich sehr gut umformen läßt.
Alu-Krosserie erinnert an Bauweise der früheren Pferdekutschen
Mittlerweile bedienen sich auch andere Hersteller solcher Kutschenbauweisen. Die Sachsenring AG in Zwickau rüstete ihren als Prototypen vorgestellten Uni 1 mit Alu-beplankten Aluminium-Hohlkammer-Profilen aus und sparte so 400 kg ein. Den gewonnenen Spielraum nutzt der Uni 1 für das zusätzliche Batteriegewicht seines Hybridantriebs und für Einbauten, die ihm den Betrieb als Taxi ermöglichen.
Für die Entwicklung von Werkstoffkonzepten war das Aufkommen der Space-Frame-Technologie geradezu ein Glücksfall. Demonstrierte sie doch, welches Potential in den Materialien schlummert, beispielsweise in Aluminium. Und sie brachte Bewegung in die Stahlindustrie. Aluminium trat plötzlich als ernstzunehmender Mitbewerber für den Bau der Automobilkarosserie auf und machte den Stahlanbietern einen ihrer wichtigsten Absatzmärkte streitig.
Ein Umdenken setzte ein. Die Stahlanbieter erkannten, daß sie ihren Werkstoff nicht mehr allein über technologische Eigenschaften und Preis verkaufen konnten, sondern Einsatzkonzepte anbieten mußten. „Andere Werkstoffanbieter haben uns dies vorgemacht“, resümiert etwa Michael Pfitzner, Vorstandsmitglied der Krupp Thyssen Nirosta GmbH, Bochum. „Die Kunststoffhersteller haben der Automobilindustrie komplette Komponenten wie Armaturentafeln geliefert, und nicht nur Granulat zu deren Herstellung“, erklärte er anläßlich des 40jährigen Bestehens der Informationsstelle Edelstahl Rostfrei im Rückblick.
Der Lernprozeß fand seinen Ausdruck im „ULSAB“-Entwicklungsprojekt. 35 international im Wettbewerb zueinander stehende Stahlhersteller beteiligten sich daran und hatten nach gut dreijähriger Entwicklungszeit eine Antwort auf die Aluminiumkarosserie parat. Ihr Zukunftsmodell, der „Ultra Light Steel Auto Body“ ist 25 Prozent leichter als heutige Lösungen aus Stahl. „Diese Ergebnisse werden dazu beitragen, daß Stahl über die Jahrtausendwende hinaus der bevorzugte Karosseriewerkstoff bleibt,“ bekräftigte Dr. Christoph Schneider, Chairman des Firmenverbundes.
Aus welchem Material die Karosserie der Zukunft indes tatsächlich gebaut sein wird, bleibt offen. Die Studien der Automobilhersteller zeigen, daß viele technologische Optionen möglich sind, wovon die meisten allerdings nicht zuletzt an den Kosten scheitern. In einer Vorstudie zum „Maybach“ führte Daimler-Benz die Karosserie aus Faserverbundwerkstoffen aus, ergänzt durch Anbauteile aus Aluminium und Magnesium. Seitdem die Entscheidung für den Bau des Maybach gefallen ist, weisen die Stuttgarter jedoch energisch darauf hin, daß die Neuentwicklung nicht auf der Vorstudie basieren wird.
Leichtbau spielt auch außerhalb der Karosserie eine wichtige Rolle. Aluminium findet sich im Innenraum, im Fahrwerk und in den Motoren wieder. Nach einer Berechnung der Aluminium-Zentrale e.V., Düsseldorf, reduziert das Leichtmetall den Treibstoffbedarf aller in Deutschland zugelassenen Fahrzeuge um 1,2 Milliarden Liter im Jahr.
Magnesium, noch leichter als Alu, erwachte in den letzten Jahren aus einem Dornröschenschlaf. Seit 1997 produziert Volkswagen in einem Joint-Venture mit der israelischen Dead Sea Works, Ltd. jährlich rund 24000 t Magnesium mit steigender Tendenz. Allein für die Fertigung von Getriebegehäusen benötigt die VW-Gießerei in Kassel 3000 t. Gegenüber der Aluminium-Variante ist die Mg-Ausführung 4,5 kg leichter.
Bei VW hat der Mg-Einsatz durchaus Tradition. Bereits im legendären Käfer rollten mit dem Motorgehäuse 20 kg davon über die Straße. Allerdings stand dabei weniger die Treibstoff-Einsparung im Vordergrund als vielmehr die Gewichtsverteilung. Das Austarieren des mit Heckmotor angetriebenen Fahrzeugs erforderte besondere Anstrengungen. Nachdem der Motor im Laufe der Zeit bei fast allen Fahrzeugen nach vorne verlegt wurde, ging die Motivation zum Mg-Einsatz zurück. Im neuen Passat sind heute wieder insgesamt 14 kg des Leichtbauwerkstoffs verbaut. Nach den positiven Erfahrungen beim Magnesium-Einsatz für Automobil-Komponenten ist bereits heute sicher, daß der Bedarf an dem Metall bei Volkswagen weiter steigen wird.
Derzeit gibt es etwa 50 Magnesium-Legierungen. In fünf Jahren könnten es bereits 500 sein, meint Prof. Dr. Barry L. Mordike von der TU Clausthal, denn „die Entwicklung bei den Magnesium-Legierungen läuft exponentiell“. Und aus den Konzernen wie VW oder Opel wird die Forderung nach noch leistungsfähigeren Legierungen laut, die weitere Einsatzmöglichkeiten zum Beispiel in der Außenhaut von Fahrzeugen bieten sollen.
Die Automobilbranche selbst ist kein Vorreiter für den Einsatz neuer Materialien. Dennoch bringt sie die Werkstoffentwicklung voran. Ihrem Engagement ist es mitzuverdanken, daß zum Beispiel Metallschäume oder adaptive Werkstoffe weiterentwickelt werden. Viele Zulieferer und Werkstoffunternehmen starten Entwicklungsprojekte mit dem Hauptziel, ihr Material in einer Serie zu plazieren. Gelungen ist dies zum Beispiel der Cera System Verschleißschutz GmbH, Hermsdorf. Sie liefert keramische Gehäusescheiben für eine von Pierburg entwickelte Kraftstoffpumpe, die serienmäßig in der A- und M-Klasse von Daimler-Benz eingesetzt wird. Die Hermsdorfer sind in der Lage, die technisch anspruchsvollen Bauteile in einem kostengünstigen Trockenpreß-Verfahren maßgenau herzustellen. Neben der geringen Dichte der Aluminiumoxid-Keramik kommen der Kraftstoffpumpe besonders die guten Verschleißeigenschaften zugute.
Ein anderes, mit viel Vorschußlorbeeren bedachtes Keramikprojekt steht indes still. In einem Flottenversuch mit 1750 Motoren wollte Daimler-Benz den Beweis erbringen, daß die Siliciumnitrid-Ventile für die Großserie taugen und den Benzinkonsum um 3 bis 4 Prozent senken. „Der Serieneinsatz ist momentan kein Thema mehr,“ heißt es in der Konzernzentrale.
Auch ökologische Gesichtspunkte haben die Automobilhersteller ins Auge gefaßt. Sie setzen nachwachsende Rohstoffe in Verkleidungen, Polsterungen, Dämm-Matten oder Vliese ein. Deren Stärken liegen in niedriger Dichte, hoher Bruchzähigkeit und kostengünstigen Herstellverfahren. Biologisch abbaubar sind sie allerdings nicht. Dies würde bioverträgliche Binder und Kleber voraussetzen, die bisher nicht in Sicht sind.
Anzeige
Industrieanzeiger
Titelbild Industrieanzeiger 15
Ausgabe
15.2020
LESEN
ABO
Video aktuell

Greiferintegration leicht gemacht: Die Zimmer Group zeigt, wie es geht.

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Tipps der Redaktion

Unsere Technik-Empfehlungen für Sie

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Aktuelle Whitepaper aus der Industrie

Unsere Partner

Starke Zeitschrift – starke Partner

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de