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Leichtbau

Auf die richtige Kombination kommt es an

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Das richtige Wechselspiel von Werkstoff und Verarbeitung führt zum Erfolg

Der Schlüssel zum Erfolg liegt im Wechselspiel von Werkstoff und Verarbeitung. Das Umformpotenzial des Leichtmetalls wird nicht durch exotische Beimischungen erschlossen, sondern durch die optimale Abstimmung von Alu-Legierung und Prozess. „Dadurch gelingt es, mit wenigen bekannten Legierungen unterschiedliche Funktionen der Bauteile zu realisieren“, erläutert Dr. Henk-Jan Brinkman, Programmleiter Automobil in der Forschungsabteilung von Hydro. Durch Verzicht auf neue Rezepturen bleibt nicht zuletzt die exzellente Recyclingfähigkeit des Werkstoffs und damit des Altfahrzeugs erhalten.

Die Ergebnisse des Projekts können sich sehen lassen: Das Gesamtgewicht wurde von 314 auf 199 kg gesenkt – eine Einsparung von 36 %. Jedes Kilo weniger erhöht direkt die elektrische Reichweite des Fahrzeugs. „Der Gewinn durch Leichtbau ist also bei der Elektromobilität weit größer als im normalen Fahrzeugbau“, so Brinkman. Die simulierten Belastungs- und Crashtests zeigen laut Hydro, dass die Vollalu-­Karosse alle gültigen Sicherheitsanforderungen erfüllt und zu „vertretbaren Kosten“ in Serie gebaut werden kann.

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Mit gewichtssparenden Elektroautos beschäftigt sich auch das Verbundprojekt Smile, eines der Leuchtturmprojekte der Bundesregierung im Bereich Elektromobilität. Dabei untersucht ein Konsortium von Automobilherstellern, Zulieferern und Forschungseinrichtungen seit 2014 nicht nur das Potenzial von Aluminium, sondern von Multimaterial-Konstruktionen. „Es führt kein Weg daran vorbei, Fahrzeuge künftig so zu konstruieren, dass ganz unterschiedliche Werkstoffe ihre jeweiligen Vorteile ausspielen“, ist Dr. Christoph Deiser vom Projektträger FZ Jülich überzeugt.

Im Rahmen von Smile wollen die Beteiligten – angelehnt an den BMW i3 – eine Mischbau-Karosseriestruktur entwickeln, die wesentlich aus den Leichtmetallen Aluminium und Magnesium und aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) besteht. Zu den besonders kniffligen Fragen dabei gehört das Feld der hybriden Fügetechniken, um Leichtmetalle und FVK sicher zu verbinden. Auch die Erarbeitung geeigneter Lackierverfahren für Multimaterial-­Substrate ist eine der Herausforderungen. Sowohl für die Verbindungstechnik als auch für die Lackierung gilt: Die neuen Prozesse müssen in einem perfekt eingestellten Temperaturbereich liegen, um die Eigenschaften der unterschiedlichen Materialien nicht negativ zu beeinträchtigen. Für die eingesetzten Aluminiumwerkstoffe soll deshalb ein angepasstes Prozessfenster im Niedertemperatur-KTL und -Lackbereich erarbeitet werden.

Sicherheit ist auch beim Leichtbau oberste Prämisse. Beim Aluminium geht der Trend daher hin zu hochfesten und dennoch duktilen und damit crashfähigen Legierungen. Als besonders crashfähig gelten auch Aluminiumschäume – ihre poröse Struktur absorbiert die hohe kinetische Energie bei Vibrationen oder Aufprall besonders gut. Moderne Aluschäume haben zwar heute eine Dichte kleiner 0,5 g/cm3. Allerdings können die mechanischen Eigenschaften des Bauteils durch die inhomogene Verteilung der Poren unterschiedlich sein. Zudem ist die Verbindung mit Blechen oder anderen Materialien keineswegs banal, was ihren Einsatz bislang bremst. Ein weiterer Trend: Gussprodukte haben in den letzten Jahren ihren Anteil deutlich erhöht, weil sich mit Gussliegerungen auch komplizierte Formen und multifunktionale Komponenten poren- und lunkerfrei herstellen lassen.

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