Automobilbau 18.06.1999, 17:21 Uhr

Mit dem Leichtbau gewinnt der Pkwmehr Sicherheit und Komfort

Der Audi A 8 gilt als Vorbild des automobilen Serien-Leichtbaus mit Aluminium. Der Kleinwagen Audi Al2, dessen Fertigung noch 1999 beginnen soll, setzt diese Entwicklung fort. Dennoch ist Stahl im Automobilbau kein Auslaufmodell, wie der Einsatz von höherfesten Stählen im „Ulsab“-Projekt zeigt.

Leichtbau ist eine Konstruktionstechnik, die unter integrativer Nutzung aller konstruktiven, werkstoff- und fertigungstechnischen Mittel bei einer Gesamtstruktur und bei deren Elementen die Masse reduziert und die Gebrauchsgüte erhöht“, so die Definition von Matthias Kleiner. Der promovierte Ingenieur und Professor an der Uni Dortmund, weiß als Ordinarius des Lehrstuhls für Umformtechnik, daß bei der Umsetzung die einzelnen Automobilhersteller unterschiedliche Wege gehen. Das zeigte sich auch auf der Konferenz „Leichtbau in der Fahrzeugindustrie“, die die VDI nachrichten am 8. und 9. Juni in München veranstalteten. Audi geht den mit dem A 8 eingeschlagenen Weg der Voll-Aluminium-Karosserie in Space-Frame-Konstruktion konsequent weiter. Die VW-Tochter will mit dem Kleinwagen Al2 im Herbst diesen Jahres das angekündigte Großserienmodell präsentieren.
Im Gegensatz zum A 8, bei dem ein Automatisierungsgrad von nur 20 % realisiert wurde, soll dieser Anteil beim Al2 auf 80 % steigen – bei einer Produktionskapazität von 300 Pkw je Tag. Dabei habe es entscheidende konstruktive Änderungen gegeben, verriet Wulf Leitermann auf der Konferenz. Der Leiter des Aluminium-Zentrums von Audi berichtete, daß der Al2 keine Guß-Knoten mehr haben wird, die als Verbindungsstellen zwischen den Al-Strangprofilen dienen. „Heute kommen hauptsächlich gerade Strangprofile zum Einsatz“, erklärte er. Auch werde die „Space-Frame“-Karosserie des Al2, direkt mit Laser verschweißt.
Wurde beim A 8 nicht 1 cm mit dem Laser geschweißt, bringt es der Al2 in Summe auf eine Lasernaht von 20 m. Auch der Guß-Anteil beim Al2 hat eine andere Entwicklung genommen: Gewichtsmäßig ist er zurückgegangen, volumenmäßig aber gestiegen. So wurde die Mittel(B)-Säule des kleinen Audi als multifunktionales Gußteil ausgebildet, das nur noch aus einem Stück besteht. Es bringt lediglich 2,3 kg auf die Waage, bei der vergleichbaren B-Säule des Audi A 8 hingegen sind es 1,88 kg mehr – und dies obwohl die A 8-B-Säule 70 mm kürzer ist und aus sechs Teilen besteht.
Die Leichtbau-Entwicklung des Al2 bedeutet innerhalb der Al-Space-Frame-Konstruktion eine weitere Gewichtsreduktion, die sich nach den Worten von Wulf Leitermann in einem Pkw der dritten Al-Space-Frame-Generation noch fortsetzen ließe. Dieses Auto mit der internen Typbezeichnung W 10 sei für das Jahr 2005 geplant.
Doch auch ohne Voll-Aluminium-Strategie habe der VW-Konzern große Erfolge bei der Reduzierung des Rohbau-Gewichts vorzuzeigen, betonte Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seiffert. Am Beispiel des VW-Golf belegte der ehemalige VW-Vorstand für Entwicklung und heutige geschäftsführende Gesellschafter von WiTech Engineering, Braunschweig, daß die Rohkarosserie immer leichter und die Leichtbaugüte immer größer geworden sind. Wog die Rohkarosse des Golf 1 von 1975 rund 600 kg, bringt die des Golf 4 von heute nur noch etwa 400 kg auf die Waage. Dazu beigetragen haben 15 „maßgeschneiderte“ Bleche unterschiedlicher Dicken, die Tailored Blanks.
Trotzdem wiegt der Golf 4 heute 1090 kg und ist damit knapp 300 kg schwerer als sein ältester Bruder. Dieser Widerspruch „erklärt sich aus den Ansprüchen an Sicherheit und Komfort“, so der Professor von der TU Braunschweig. „Denn die Vielzahl der Airbags und die Klimaanlage – um nur zwei Beispiele zu nennen – verzehren den Gewichtsvorteil wieder, der bei der Rohkarosse erzielt wurde“, erläutert Seiffert. Gäbe es jedoch die Leichtbau-Bemühungen an der Rohkarosse nicht, die immerhin ein Viertel des gesamten Pkw-Gewichts ausmacht, wären „unsere Pkw heute noch schwerer“. Zugleich werde deutlich, daß der Gewichtsreduzierung von Fahrwerk und Antrieb, die jeder auch mit einem Anteil von ungefähr 25 % am Gesamtgewicht beteiligt sind, große Bedeutung zukomme.
Die Fahrwerks-Konstruktionen des neuen BMW 5er und der neuen Mercedes S-Klasse von DaimlerChrysler zeigen z.B., was heute schon möglich ist. Während BMW Teile des 5er-Fahrwerks einschließlich Hinterachse und Felgen in Aluminium auslegte, setzt Mercedes-Benz vor allem auf den Einsatz höherfester Bleche und Tailored Blanks. Arno Jambor, Leiter des Bereiches Advanced Concepts von DaimlerChrysler, erläuterte den Einsatz von Tailored Blanks anhand der Querträger über der Hinterachse und der B-Säule der neuen S-Klasse. Nach seinen Angaben habe sich durch den Einsatz von höherfesten Stählen bei diesen Teilen – bei der neuen S-Klasse betrage ihr Anteil insgesamt bereits 38 % – eine Gewichtsreduzierung von 17 kg erzielen lassen.
Das Ulsab-Projekt – die Abkürzung steht für Ultra Light Steel Auto Body -, das von 35 Stahl-Produzenten aus 18 Ländern getragen wurde, gilt als Versuch, dem „Leichtbau A 8“ eine Stahl-Alternative entgegenzustellen. Das dürfte gelungen sein, denn die Ergebnisse zeigen, daß sich mit höherfesten Stählen deutliche Gewichts-Reduktionen bei höherer Torsions- und Biegesteifigkeit erreichen lassen. Die Ulsab-Rohkarosse wog mit 203 kg genau 68 kg weniger als das konventionelle Ausgangsmodell (271 kg), das die Basisdaten lieferte, und war damit um 25 % leichter. Daß dieses Gewicht im Bereich dessen liegt, was die Al-Space-Frame-Modellen erreichen, hat die Stahl-Industrie bisher nur beiläufig verlauten lassen.
Ganz andere Wege geht der Smart-Hersteller Micro Compact Car (MCC) mit seinem CityCoupé. Die DaimlerChrysler-Tochter setzt auf den Einsatz von Kunststoff in der Außenhaut des Zweisitzers. In erster Linie steht jedoch auch hier die Gewichtseinsparung im Vordergrund, wenn auch die Unempfindlichkeit gegen kleine Karrambolagen im städtischen Parkverkehr eine wichtige Rolle spielt. Interessant ist dabei, daß die Kunststoffteile voll durchgefärbt und dann klar lackiert sind – so bleiben kleine Kratzer „unsichtbar“. Der Kunststoff wird auch bei der Mercedes A-Klasse eingesetzt, und zwar bei der Heckklappe. Ebenso sind beim Renault Twingo die vorderen Radhäuser aus Kunststoffteilen gefertigt.
Auch wenn klassische Werkstoffe der Luftfahrt – Aluminium in starkem Maße, Magnesium sehr zaghaft – schon Einzug ins Auto gefunden haben, bestehen doch noch große Hemmnisse, Faser-Verbund-Kunststoffe (FVK) einzusetzen. Das liegt zum einen an den hohen Kosten für die Werkstoffe und zum anderen an den kostenintensiven und aufwendigen Fertigungsverfahren. Schließlich unterscheidet sich bei Automobilen die Seriengröße erheblich von denen des Flugzeugbaus.
Dennoch sind die ersten Anfänge mit FVK gemacht. Audi setzt beispielsweise bei den in die USA gelieferten Quattro-Modellen eine gewickelte Kunststoff-Gelenkwelle ein.
Und beim A 8 wird ein FVK-Wickelrohr (CF-AF-EP) als Crash-Element verwendet, das bei Unfallgeschwindigkeiten bis 20 km/h wirksam ist und den Al-Space-Frame in diesem Bereich vor Beschädigung schützt. Es gilt als sicher, daß die faserverstärkten Kunststoffe aufholen werden, bieten sie doch genügend Potential für den automobilen Leichtbau.
NORBERT SCHMIDT/WOP
Der Audi Al2, erster Großserien-Pkw in Aluminium-Space-Frame- Bauweise (hier die Designstudie), soll im Herbst präsentiert werden.
BMW setzt bei der Voder- und Hinterachse des 5er-Fahrwerks auf Aluminium.

 

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