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Technik  Technik: Leichtbautrends

Alles leichter



Leichtbau war lange die Königsdisziplin im Fahrzeugbau. Inzwischen ist daraus eine Art Breitensport geworden. Innovative Materialkompositionen und technische Lösungen lassen das Auto abspecken.

 
 Leichtbau
  
 Leichtbau  - Foto: Hersteller  Leichtbau - Foto: Hersteller  Leichtbau - Foto: Hersteller  Leichtbau - Foto: Hersteller  Leichtbau - Foto: Hersteller  Leichtbau - Foto: Hersteller

Mit der leichtesten Kardanwelle der Welt machte ein Zulieferunternehmen aus dem sachsen-anhaltinischen Haldensleben bei der IAA auf sich aufmerksam. Ganze 1937 Gramm wiegt die Hightech-Welle, die man am Stand von IFA-Technologies präsentierte. Ein vergleichbares Produkt - konventionell aus Stahl produziert - bringt dagegen etwa zwölf Kilogramm auf die Waage.

Die Ingenieure in Sachsen-Anhalt haben die drastische Gewichtsreduktion durch den Einsatz einer neuartigen Karbon-Hybridzusammensetzung erreicht. Zudem haben sie aus rund 50 Teilen, die zu einer herkömmlichen Stahl-Kardanwelle gehören, einige wenige Teile aus Faserverbundstoff gemacht - Funktionsintegration heißt der Trend, der mit den Leichtbaubestrebungen Hand in Hand geht.

Die Leichtbau-Welle besteht aus extrem leistungsfähigen Fasern. Ihre Festigkeit ist nach Angaben des Herstellers auf 10.000 Umdrehungen und ein Drehmoment von 1100 Newtonmetern ausgelegt. Das würde durchaus reichen, um beispielsweise bei einem Porsche 911 die Antriebskraft vom Getriebe auf die Achse zu bringen - denn der 911er leistet 700 Newtonmeter bei 6250 Umdrehungen.

BMW hatte seine Konzeptfahrzeuge i3 und i8 im IAA-Gepäck. Als weltweit erste Serienfahrzeuge werden sie 2013 mit einer Fahrgastzelle aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) auf den Markt kommen, verkünden die Bayern. Kurz vor der Frankfurter Leistungsshow wurde BMW deshalb schon mal mit dem "Ökologe 2011" geehrt, einem Umweltpreis für innovative Mobilitätslösungen, den die Universität Duisburg-Essen aus der Taufe gehoben hat.

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Smarte Felge
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Mit der weltweit einzigartigen Verbindung zwischen intelligentem Leichtbau und Elektromobilität führe BMW i eine besonders nachhaltige Innovation in die Serienfertigung von Automobilen ein, begründete der Jury-Vorsitzende und Professor für Betriebs- und Automobilwirtschaftslehre Ferdinand Dudenhöffer die Preisvergabe.

Aus kohlefaserverstärktem Epoxidharz wurden auch Fahrgastzelle und weitere Bauteile - darunter die Türen - der Studie Smart-Forvision gefertigt, die Daimler auf der IAA präsentierte. Der Einsatz solcher Werkstoffe ermöglicht nach Herstellerangaben eine Gewichtsersparnis von mehr als 50 Prozent gegenüber Stahl oder circa 30 Prozent gegenüber Aluminium.

Auch die erste großserientaugliche Vollkunststoff-Felge haben die Stuttgarter der Smart-Studie aufgezogen. Ganze drei Kilogramm Gewichtsersparnis pro Rad sollen die aus einem neuartigen, von BASF entwickelten Hochleistungswerkstoff hergestellten Felgen bringen. Der neue Kunststoff enthalte im Gegensatz zu klassischen Polyamid-Komposit-Werkstoffen lange Verstärkungsfasern, die seine mechanischen Eigenschaften verbessern. Ein Serieneinsatz sei durchaus vorstellbar. Audi hat bei seinem seinen A2 Urban Concept ebenfalls zu CFK gegriffen.

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Alu-Felgen sind out
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Beim Zulieferer Leoni hat man sich die Kabelmasse im Auto vorgenommen und dort ebenfalls Möglichkeiten entdeckt, das eine oder andere Kilo einzusparen. Von den durchschnittlich 3.000 Meter Kabeln, die in heutigen Fahrzeugen stecken, ist das Verbindungsstück zwischen Batterie und Motor eine der massigsten Einzelleitungen und das Potenzial, bei diesem Bauteil Gewicht zu sparen, ist umso größer, wenn die Batterie im Heck des Fahrzeugs untergebracht ist.

Leoni ersetzt daher das kupferne Batteriekabel durch eine runde Stange aus Aluminium, die direkt auf oder unter dem Chassis des Fahrzeugs angebracht werden kann. Die Alu-Stange bringt lediglich 40 bis 60 Prozent des Gewichts des üblichen Kupferkabels auf die Waage, weil Aluminium in Vergleich zu Kupfer eine deutlich geringere spezifische Dichte aufweist.

Der verstärkte Einsatz von Leichtbauwerkstoffen wird den europäischen Autobauern helfen, die Emissionen bis spätestens 2015 von derzeit 160 g/km auf 130 g/km zu verringern - zu diesem Ergebnis kommt eine Untersuchung der Unternehmensberatung Forst & Sullivan. Die Branche für Leichtbauwerkstoffe im Automobilbau kann sich also auf satte Zuwächse freuen.

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Kardanwelle aus Hanf
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Derzeit stehe Aluminium unter allen Leichtbauwerkstoffen mengen- und umsatzmäßig an erster Stelle, aber auch Polymere finden vermehrt Abnehmer, so die Branchenbeobachter. Welche der innovativen Verbundstoffe im Großserieneinsatz künftig die Hauptrollen spielen werden, lässt sich dagegen noch nicht präzise vorhersagen. Die EU-Richtlinie für Altfahrzeuge verpflichtet Autobauer auch dazu, den entstehenden Abfall am Ende des Fahrzeug-Lebenszyklus möglichst gering zu halten. Kohlenstoffverbundstoffe stehen unter Recycling-Aspekten allerdings nicht gut da. Hier wären Composite-Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen die nachhaltigere Lösung.

Bei den Kardanwellenspezialisten in Sachsen-Anhalt hat man deshalb auch schon ein Produkt für den ökologischen Leichtbau in der Pipeline. "Bioprop" sei die erste Kardanwelle aus nachwachsenden Rohstoffen. Das Öko-Produkt basiert auf Hanf und kann im Gegensatz zu kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff später CO2-neutral verbrannt oder als Kurzfaserverstärkung einem weiteren Produktzyklus zugeführt werden. Im Vergleich zum eingangs beschriebenen Ultraleichtbauteil ist die Hanf-Welle mit ihren acht Kilo jedoch noch verhältnismäßig schwer.

Die Stahlindustrie hält dem Trend zu neuen Verbundmaterialien eine von ihr in Auftrag gegebene aktuelle Studie entgegen. Bei den Produktionsprozessen für Aluminium, Magnesium und Karbonfasern würde fünf- bis 20-mal so viel Energie benötiget wie bei der Verarbeitung von Stahl, so Cees ten Broek von World Auto Steel. Als unbeabsichtigte Nebenwirkung würden sich die Treibhausgasemissionen über den gesamten Produktlebenszeitraum des Autos durch diese Art von Leichtbaukomponenten sogar noch erhöhen.

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Fotos: Hersteller

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