Thyssen Krupp Steel Europe Leicht gleich teuer? Nicht mit einem Stahl-Hybrid-Werkstoff!

Autor / Redakteur: Ralf Sünkel / M.A. Frauke Finus

Leichtbaustähle oder Aluminium? Zwischen diesen beiden Materialien müssen sich Autohersteller bei der Konstruktion ihrer Modelle meistens entscheiden. Das Sandwich-Material Litecor bietet hier jetzt eine Alternative: Der Stahl-Hybrid-Werkstoff ist leichter als Stahl und bis 30 % günstiger als Aluminium. In einer Rallyeversion des VW-Polo ist Litecor schon auf der Straße unterwegs.

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Sonderserie des VW Polo: Rallyeausgabe WRC mit Motorhaube aus Litecor.
Sonderserie des VW Polo: Rallyeausgabe WRC mit Motorhaube aus Litecor.
(Bild: Thyssen Krupp)

Die Autos der nächsten Generation sollen leichter, sicherer und zugleich wirtschaftlicher werden: eine enorme Herausforderung, darin sind sich die Experten einig. Die Vorgaben der Politik sind anspruchsvoll: Bis 2020 müssen die Hersteller den durchschnittlichen Kohlendioxidausstoß ihrer europäischen Flotten auf 95 g/km senken, derzeit sind 130 g erlaubt. Um diese Klimaziele zu erreichen, müssen Gewicht und Gesamtperformance der Fahrzeuge verbessert werden, denn nur so lässt sich der Kraftstoffverbrauch der Autos zu senken. Ein halber Liter weniger Kraftstoff kann den CO2-Ausstoß bereits um gut 12 g reduzieren. Der mit Abstand wichtigste Treiber zur Verbrauchssenkung der Fahrzeuge ist der Antrieb, danach kommt bereits die Gewichtsreduzierung.

Schaut man in die Fertigungshallen der Fahrzeughersteller, dominieren im Volumenmarkt der unteren und mittleren Fahrzeugklassen Stahl beziehungsweise Stahlleichtbaulösungen – in immerhin fast 70 % des Marktes. Hier wurde in den vergangenen Jahren bereits durch neue Leichtbaustähle einiges an Gewichtseinsparungen erreicht: gegenüber konventionellen Stählen bis zu 30 % bei einigen Bauteilen. In der Oberklasse kommt vermehrt Aluminium zum Einsatz. Damit lässt sich noch mehr Gewicht einsparen, allerdings ist dieses Material und seine Verarbeitung auch deutlich teurer. Zudem bietet Aluminium weniger Spielraum beim Design und hat gegenüber Stahl Nachteile bei hoch crashrelevanten Bauteilen.

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In jüngster Zeit kommt ein weiteres Material ins Spiel, dass beim Leichtbaupotenzial nicht zu schlagen ist: carbonfaserverstärkter Kunststoff, kurz CFK. Er wiegt nur halb so viel wie Stahl und ist auch gegenüber Aluminium 30 % leichter. Allerdings kosten Bauteile aus dem neuen Werkstoff bislang etwas sechsmal so viel wie vergleichbare aus Stahl. Zudem ist CFK nicht in der Qualität recyclingfähig wie dies für Stahl oder Aluminium gilt. Und schließlich ist der Produktionsprozess zeitraubend, so dass gegenwärtig noch nicht an eine Massenfertigung zu denken ist. Autobauer haben daher zumeist zwischen Aluminium und Leichtbaustahl zu wählen.

Produktionslinien müssen nur leicht angepasst werden

Mit dem Werkstoff Litecor bietet Thyssen Krupp Steel Europe den Autoherstellern nun eine weitere Option: Das Sandwichmaterial besteht außen jeweils aus sehr dünnen Stahl-Deckblechen und hat eine Kernschicht aus leichtem Kunststoff. „Litecor verbindet die Vorteile beider Materialien: Die hohe Festigkeit des Stahls mit dem leichten Gewicht des Kunststoffs“, erläutert Ralf Sünkel von Thyssen Krupp Steel Europe. Das Hybrid-Material füllt bei flächigen Bauteilen die Lücke zwischen Leichtbaustählen und Aluminium: Bauteile aus Litecor sind maximal 10 % schwerer als performancegleiche Bauteile aus Aluminium, aber rund 30 % kostengünstiger. „Unser Ziel ist es, die Autos im Massenmarkt leichter zu machen“, sagt Sünkel. „Da ist vor allem wirtschaftlicher Leichtbau das Ziel und nicht Gewichtsreduzierung um jeden Preis.“

Das neue Material hat weitere Vorteile: Litecor lässt sich ähnlich gut bearbeiten wie Stahl. Die Autobauer brauchen ihre vorhandenen Produktionslinien nur geringfügig an den neuen Werkstoff anpassen. Auch das Umformverhalten ist dem des Stahls recht ähnlich. So lassen sich die scharfen Designkanten, die momentan bei den Karosserien im Trend liegen, problemlos einformen – besser als dies mit Aluminium möglich ist. Die für gute Umformbarkeit empfohlenen Stahlsorten bieten zudem hohe Biege- und Beulsteifigkeit; bei flächigen Bauteilen wichtig, um beispielsweise den Folgen von Hagelschlag oder Parkplatzremplern entgegenzuwirken.

Umweltfreundlich, weil 100 % recycelbar

Ein weiterer Punkt, dessen Bedeutung für die Autohersteller stetig wichtiger wird, ist die Umweltverträglichkeit der Werkstoffe: Sie sollen unseren Planeten über den gesamten Lebenszyklus hinweg möglichst wenig belasten. Hier müssen letztlich die jeweils spezifischen Produktionsbedingungen untersucht werden, um die Umweltverträglichkeit verschiedener Werkstoffe und Bauteile miteinander vergleichen zu können. Die Lebenszyklusanalyse bietet wichtige Anhaltspunkte für die Nachhaltigkeit der in der Automobilproduktion eingesetzten Leichtbaumaterialien. So ist für die Herstellung von CFK und Aluminium deutlich mehr Primärenergie notwendig als für Stahllösungen.

Diese Umweltauswirkungen müssen im Laufe der Nutzungsphase des Autos kompensiert werden, die Dauer ist unter anderem vom verwendeten Strommix abhängig. Ein weiterer wichtiger Punkt: Leichtbaustähle sind zu 100 % recycelbar. Die Qualität des wiederverwerteten Stahls ist dabei ebenso hoch wie die des Primärstahls. „Auch der Stahl-Hybrid-Werkstoff Litecor wird im Stahlwerk mit sehr guten Resultaten recycelt“, betont Sünkel. Aluminium ist gleichfalls sehr gut wiederverwertbar, CFK hingegen lassen sich bislang nicht qualitätsneutral recyceln. Denn die Carbonfasern sind fest mit dem Kunststoff verbunden und können kaum erneut eingesetzt werden. Zusammengefasst: In Sachen Nachhaltigkeit besitzen Leichtbaulösungen aus Stahl oder Stahl-Hybrid Vorteile gegenüber den anderen Werkstoffen.

Auch Außenhautteile sollen realisiert werden

In einer Analyse hat Thyssen Krupp geprüft, für welche Karosserie-Bauteile Litecor geeignet ist und wie viel Gewicht sich mit diesem Material einsparen lässt. In Frage kommen sowohl großflächige Schalenbauteile wie Motorhauben oder Türen, als auch Strukturbauteile wie Bodenbleche. Das Ergebnis: Die Karosserie weist Potenzial für 14 Bauteile auf. Diese sind in der Summe 19,1 kg leichter als die Vorgängermaterialien – eine Einsparung von rund 20 % – bei gleicher Performance. Wie viel Gewicht konkret eingespart werden kann, hängt dabei ganz vom Bauteil ab. Während die Motorhaube aus Litecor 22 bis 23 % leichter ist als sein Gegenstück aus Stahl, bringt es das Bodenblech auf stolze 40 %.

Auch auf der Straße ist das Hybrid-Material bereits unterwegs: Als Motorhaube im Polo R WRC, des Rallye-Polos von Volkswagen. „Litecor ist damit der erste Stahl-Hybrid-Werkstoff, der in Kleinserie im Auto angewendet wird“, sagt Sünkel. Die Erkenntnisse aus diesem Fahrzeug fließen in die Produktionsoptimierung ein. „Wir rechnen damit, dass Litecor noch 2015 in die Großserie gehen wird“, schätzt der Experte. Dann ist die Pilotanlage so weit, dass sie Innenteile serienmäßig produzieren kann. In etwa drei Jahren, so der Plan sollen Außenhautteile folgen.

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