Leichtbau

Auf die richtige Kombination kommt es an

| Autor / Redakteur: Christa Friedl / Udo Schnell

Beim Umsetzen von Leichtbaukonzepten setzen die Unternehmen nicht nur auf einen Werkstoff, es geht immer um den Materialmix.
Beim Umsetzen von Leichtbaukonzepten setzen die Unternehmen nicht nur auf einen Werkstoff, es geht immer um den Materialmix. (Bild: Reed / Behrendt & Rausch)

Die treibende Kraft im Fahrzeugbau ist nach wie vor der Leichtbau. Auch wenn in jüngster Zeit faserverstärkte Kunststoffe stark im Gespräch sind, haben Metalle, wie Aluminium, ihren Platz in der Leichtbauwelt. Es kommt aber nicht nur auf den Werkstoff an, entscheidend ist das Wechselspiel von Werkstoff und Verarbeitung.

Im Grundsatz gilt: Alles, was fliegt, sich bewegt oder fährt, sollte so leicht wie möglich sein. Leichtbau spart Kosten, Energie und Rohstoffe, mindert Emissionen, ist außerdem eines der wichtigsten Felder für Innovationen und stärkt die Wettbewerbsfähigkeit zentraler Industriebranchen.

Aluminium ist präsestiniert für gewichtssparende Konstruktionen. Seine Festigkeit ist zwar um den Faktor drei geringer als die von Stahl, sein Gewicht bei gleicher Steifigkeit aber nur halb so groß. Zudem ist das Metall gut umformbar und korrosionsbeständig, verfügt über exzellente Leitfähigkeit und Energieabsorption und bleibt auch bei tiefen Temperaturen geschmeidig. Nicht zuletzt ist Aluminium um rund zwei Drittel preiswerter als kohlefaserverstärkte Kunststoffe. Das schlägt sich in den Zahlen nieder. Die Aluminiumproduktion stieg nach Angaben des Branchenverbandes GDA zwischen 2010 und 2014 weltweit von 41 Mio. auf 52 Mio. t. „Der globale Verbrauch wird weiter wachsen“, prognostiziert GDA-Präsident Dr. Hinrich Mählmann. Aufgrund des „hohen Innovationspotenzials der deutschen Märkte“ werde die Wettbewerbsfähigkeit der hiesigen Aluminium­industrie weiter zunehmen.

Gewicht und Flottenverbrauch beim E-Auto senken

Der Fahrzeugbau ist und bleibt treibende Kraft im Leichtbau. Neufahrzeuge in der EU müssen ab dem Jahr 2020 schärfere CO2-Grenzwerte einhalten – das bedeutet einen deutlich verringerten Flottenverbrauch. Marktforscher von McKinsey schätzen, dass sich der Alu-Einsatz im Fahrzeugbau bis 2030 im Vergleich zu 2010 daher mehr als verdreifachen wird – auf knapp 17 Mio. t weltweit, das entspricht einem Plus von 6 % pro Jahr. Der Anteil des Leichtmetalls wird sich in einem durchschnittlichen Pkw von heute rund 7 % bis 2035 in etwa verdoppeln.

Um Gewicht und Flottenverbrauch weiter zu senken, entwickeln so gut wie alle Automobilhersteller derzeit mit Hochdruck emissionsfreie Elektrofahrzeuge. Allerdings haben E-Autos ein gewichtiges Problem: Trotz aller Fortschritte in Energiedichte und Materialentwicklung sind die notwendigen Batteriesysteme immer noch recht schwer und machen knapp ein Viertel des gesamten Fahrzeuggewichts aus. Um akzeptable Reichweiten zu erzielen, müssen also alle anderen Bauteile so gewichtssparend wie nur möglich sein.

Wie leicht ein Elektroauto sein kann, untersuchen Industrie und Hochschulen daher intensiv. Die Hydro Aluminium Rolled Products GmbH und die Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH (fka) Aachen haben eine Voll-Aluminiumkarosse für einen VW Golf V simuliert, die erstmals auf ein Elektrofahrzeug zugeschnitten wurde: Batteriequerträger bilden zusammen mit der Karosserie einen geschlossenen B-und-C-Säulen-Ring. Das sorgt für besonders gute Torsionssteifigkeit, der Querträger schützt die Akkumulatoren vor Schaden. Die B-Säule fügt sich aus Blechen und Profilen unterschiedlicher Legierungen, sodass sie bei einem Seitenaufprall hohe Kräfte aufnehmen kann. Auch im Vorderteil des Wagens sind untere und obere Längsträger zu einem Ring geschlossen. Außerdem kommen mehrkantige Hohlprofile zum Einsatz, die eine Energieaufnahme verbessern. Rippenstrukturen sorgen, wenn nötig, für lokale Verstärkung. Wo Bauteile gefügt werden müssen, werden sie mit hoch belastbaren Gussknoten verbunden.

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