Automobil: Welcher Leichtbauwerkstoff wird die Serie erobern?

Das VDI Themenradar Automobil stellte im September die Frage, welcher Leichtbauwerkstoff in den nächsten Jahren prozentual den größten Zuwachs in der Serie haben wird.

„In der Frage liegt bereits eine grundlegende Antwort: Intelligente Leichtbaulösungen werden das gesamte Portfolio der verfügbaren Leichtbautechnologien nutzen, inklusive Stahl“, erklärt Heinrich Timm, Mitglied des Vorstands vom Carbon Composites e.V. (CCeV) und langjähriger Leiter des Audi-Leichtbauzentrums.

Bei der Umfrage gaben 67,4 Prozent der Befragten an, dass Faserverbundwerkstoffe den größten Zuwachs in der Serie haben werden. Weit dahinter liegt Magnesium – hier sehen nur 19,1 Prozent Potenzial. Dem Leichtbauwerkstoff, dem die Teilnehmer der Umfrage am wenigsten Zuwachs in der Serienproduktion zutrauen, ist Aluminium mit nur 13,5 Prozent.

„Das Umfrageergebnis überrascht mich nicht, es spiegelt die aktuellen Marketingaktivitäten zu den Technologien wieder“, erklärt Timm. „Bei der Frage nach  prozentualem Wachstum ist das Verhältnis der derzeitigen Jahresproduktionsvolumen zu berücksichtigen. So steht das Verhältnis Magnesium zu Aluminium bei circa 1:100  und das Verhältnis hochleistungsfaserverstärkten Composites (CFK) zu Aluminium bei circa 1:1.000. Das größte Wachstum in produzierter Tonnage wird beim Aluminium stattfinden.“ 

Die fortschreitenden Verschärfungen der CO₂-Grenzwerte auf 95 Gramm pro Kilometer im Jahr 2020 und die in Diskussion stehenden 70 Gramm pro Kilometer im Jahr 2025 sind die stärksten Treiber für Leichtbauentwicklungen. Sie stehen im Effizienzwettbewerb zu Maßnahmen am Antriebsstrang. „Je effektiver das Antriebsaggregat eines Fahrzeugs ausgelegt wurde, desto geringer ist der Verbrauchseinfluss des Leichtbaus pro eingespartem Kilogramm“, so Timm.

„Alle Analysen führen am Ende jedoch zur Erkenntnis, dass die Realisierung der harten Grenzwerte ein sowohl als auch braucht, ein entweder oder reicht nicht aus.“ Leichtbau birgt darüber hinaus bei einer Vielzahl subjektiver Kundenwerte Verbesserungen, wie etwa bei der Beschleunigung, dem Handling, der Sicherheit durch Reduzierung der Bremswege sowie der Reichweite von Fahrzeugen. Sportliches und sicheres Fahren ist eng verbunden mit intelligenten Leichtbaulösungen. 

Der richtige Werkstoff funktionsabhängig am richtigen Platz und dann jeweils in seiner kleinstmöglichen Menge wird die Devise aller Originalausrüstungshersteller (OEM), die erfolgreich hochwertige Automobile vertreiben. In den drei angefragten Technologiebereichen laufen jeweils interessante Projekte zu weiteren Funktionsverbesserungen und in allen drei Leichtbautechnologien werden prozentual gute Zuwachsraten im Automobilbau erwartet.

„Den Vertretern und Anwendern aller Technologien sei geraten, mit Sorgfalt die Entwicklung des jeweils technologiegerechten Konzeptes zu betreiben“, erklärt Timm. „Über den Ansatz einer Substitution kann ein Technologiewechsel nicht zum Optimum führen.“  Der prozentuale Zuwachs der drei Technologien in der Serie ist relativ zu den aktuellen Jahresproduktionsvolumen zu bewerten. Die Jahresproduktionsvolumen sind laut Veröffentlichungen bezogen auf das Jahr 2011 folgende: Stahl – 1.300.000.000 Tonnen, Aluminium – 50.000.000 Tonnen, Magnesium – 500.000 bis 675.000 Tonnen und Carbon Fiber – 42.000 Tonnen 

„Es ist wichtig, dass alle in der Prozesskette beteiligten Partner verstehen, dass der Karosserie-Materialleichtbau der Enabler für leichte Fahrzeugkonzepte ist. Der erste Leichtbauschritt braucht eine Größe, die Sekundäreffekte ermöglicht, und die gilt es zu nutzen als Zusatzgewichtsreduzierung und zur Kostenkompensation“, erläutert Timm. Zu jeder Technologie sollte das werkstoffgerechte spezifische Konzept  entwickelt werden. „Eine zusätzliche Verbesserung der Leichtbaugüte mit beachtlichem Potenzial liegt nach meiner Analyse in der materialhybriden Auslegung von Bauteilen und Baugruppen“, so Timm. Das dabei zugrundeliegende Konzept verbindet die Stärken verschiedener Technologien so miteinander, dass neue Hochleistungsbauteile entstehen. 

Die aktuelle Umfrage des VDI Themenradar Automobil im Oktober befasst sich mit Getrieben und ist unter anderem auf www.vdi.de/autokat zu finden.

Über die VDI Wissensforum GmbH

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