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Aluminium hat den Durchbruch in der Automobil-Karosserie geschafft. CFK macht gerade seine ersten Schritte in der Serienproduktion mit dem BMW i3. (Bildquelle: VDI)

Zwar sind die fortschreitenden Verschärfungen der CO2-Grenzwerte auf 95 g/km im Jahr 2020 und die zur Diskussion stehenden 70 g/km im Jahr 2025 sind die stärksten Treiber für Leichtbauentwicklungen. Dennoch ist Leichtbau „mehr als Verbrauchsreduzierung“, meint Heinrich Timm. Vielmehr steht er im Effizienzwettbewerb zu Maßnahmen am Antriebsstrang. „Je effektiver das Antriebsaggregat eines Fahrzeugs ist, desto geringer ist der Verbrauchseinfluss des Leichtbaus pro eingespartem Kilogramm“, so Timm. Darum müssen Autohersteller beide Bereiche, Leichtbau und sparsamere Motoren, ins Auge fassen, um den Kraftstoffverbrauch und damit den CO2-Ausstoß zu senken. Darüber hinaus bietet der Leichtbau Verbesserungen bezüglich subjektiver Kundenwerte, etwa bei der Beschleunigung, dem Handling, der Sicherheit durch Reduzierung der Bremswege sowie der Reichweite von Fahrzeugen.

„Der erste Leichtbauschritt braucht eine Größe, die Sekundäreffekte ermöglicht“, meint Timm. Im Bereich des Automobils kommt dafür die Karosserie in Frage. Wird diese durch alternative Materialien leichter (Primäreffekt), spart das einerseits Kosten und führt andererseits auch dazu, dass andere Bauteile aufgrund des geringeren Gesamtgewichts weniger stabil sein müssen und damit ebenfalls leichter werden können. Damit diese Abwärtsspirale in Gang kommt, ist ein werkstoffspezifisches Konzept vonnöten, die die Stärken der jeweiligen Materialien zur Geltung bringt und die Schwächen ausgleicht. „Eine zusätzliche Verbesserung der Leichtbaugüte mit beachtlichem Potenzial liegt nach meiner Analyse in der materialhybriden Auslegung von Bauteilen und Baugruppen“, so Timm.

Gleichzeitig genügt es nicht, beispielsweise Stahl durch CFK zu ersetzen. Vielmehr muss der richtige Werkstoff dort eingesetzt werden, wo er die Funktion des Bauteils am meisten verbessert. „Und dann jeweils in seiner kleinstmöglichen Menge“, ergänzt Timm. „Über den Ansatz einer Substitution kann ein Technologiewechsel nicht zum Optimum führen.“

CFK erst am Anfang, Aluminium-Karosserie etabliert

Bezüglich faserverstärkten Kunststoffen wie CFK ist Timm abwartend: „Die CFK-Composite-Technologie ist relativ jung, birgt jedoch ein großes Leichtbaupotenzial.“ Allerdings benötige deren Durchbruch eine intensive Weiterentwicklung der Produktionsprozesse mit entsprechenden Kostenreduktionen und der Qualifikation der Entwickler für das materialgerechte Auslegen.

„Aluminium hat den Durchbruch in die Automobile Großserie bereits geschafft“, so Timm. Für diesen Werkstoff ist der größte Volumenzuwachs in den nächsten Jahren bereits durch entschiedene Projekte in der Automobilindustrie definiert. In den USA und in Europa investieren Unternehmen in zusätzliche Aluminium-Blechkapazitäten. Zudem drängen neue Strukturguss-Anbieter auf den Markt.

(dl)