Image: Leichtbau in der AutoindustrieM PlanM PlanWeniger Gewicht, weniger Verbrauch, weniger Schadstoffe: Leichtbau ist das dominierende Thema in der Autobranche. | ThomasVogel
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Leichtbau in der Auto­in­dus­trie

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Mehr Leistung, höherer Komfort, größere Sicherheit – Innovationen in diesen Bereichen haben Autos immer schwerer gemacht. Und das ist ein Problem, denn jedes Kilo mehr erhöht den Verbrauch. Mit Leichtbau-Materialien soll diese Spirale umgedreht werden.

06. August 2018

Vor hundert Jahren fand eine Revolution im Autobau statt: Der US-Zulieferer Budd fertigte die erste in Serie hergestellte Ganzstahl­ka­ros­serie. Gegenüber der bis dahin üblichen Mischbau­weise aus Holzrahmen und Metallbe­plan­kung bot die Stahlkaros­serie eine deutlich höhere Steifigkeit sowie eine verbesserte passive Sicherheit bei Kollisionen. Der Nachteil der neuen Technik: Autos wurden schwerer und verbrauchten mehr Kraftstoff.

Dennoch fuhr die Autowelt in den vergangenen hundert Jahren sehr gut mit dem Prinzip Ganzstahl­ka­ros­serie. Jetzt allerdings müssen Verbrauch und CO2-Ausstoß massiv gesenkt werden – und damit gerät auch das Fahrzeug­ge­wicht immer stärker in den Fokus der Entwickler. Vor allem, weil viele Technolo­gien, die den Spritver­brauch drücken, zusätzli­ches Gewicht bedeuten: ob Start-Stopp-Automatik, Turbolader oder ein zusätzli­cher Elektromotor samt Leistungs­elek­tronik und Batterie. Umso wichtiger ist es, dass andere Komponenten des Fahrzeugs leichter werden. Und am größten sind die Gewichts­sprünge immer dann, wenn Metallbau­teile durch solche aus neuen Materialien ersetzt werden.

Querblatt­fe­dern auf Kunststoff­basis

Die größte Rolle spielen Kunststoffe. Etwa Karbon, das ursprüng­lich nur im Rennsport Verwendung fand, weil es nicht nur extrem leicht und stabil ist, sondern auch sehr teuer. Billigere Alternativen sind faserver­stärkte Verbundwerk­stoffe. Der Zulieferer Benteler SGL beispiels­weise hat zusammen mit der Firma Henkel eine serienreife, glasfaser­ver­stärkte Querblatt­feder für die Hinterachse entwickelt, die gegenüber der traditio­nellen Bauweise mit Stahlschrau­ben­fe­dern um 4,5 Kilogramm leichter ist. Die auf Polyuretan basierende Feder wird aktuell in drei Modellen des schwedischen Herstellers Volvo verbaut.

„Der Leichtbau­trend im Automobilbau ist ungebrochen, mit klarem Fokus auf Fahrwerks­bau­teilen, die auf die strengen Richtwerte hinsicht­lich Kraftstoff­ver­brauch und CO2-Emissionen ausgerichtet sind“, sagt Konrad Brimo Hayek, Automotive-Chefentwickler bei Henkel. Auch der Zulieferer ZF hat eine Leichtbau-Hinterachse entwickelt, bei der die klassischen Funktionen wie Federung, Stabilisie­rung und Radführung in einer neuen, glasfaser­ver­stärkten Querblatt­feder integriert wurden; zudem übernimmt ein Teil der Konstruk­tion die Funktion des Fahrwerklen­kers, so dass insgesamt weniger Einzelkom­po­nenten benötigt werden.

Der Chemiekon­zern Lanxess wiederum fertigt eine Ölwanne aus Kunststoff, die aktuell im Porsche 911 Carrera eingesetzt wird. Das Bauteil besteht aus dem mit 30 Prozent Glasfasern verstärkten Kunststoff Durethan, das Gewicht im Vergleich zum Vorgänger­bau­teil aus Aluminium wurde so um mehr als zwei Kilogramm gesenkt. Auch im Innenraum kommen alternative Materialien zum Einsatz. Elring Klinger fertigt einen Cockpitquer­träger in Hybridbau­weise, an dem Instrumen­ten­tafel, Lenksäule, Heizungs- und Lüftungs­mo­dule, Airbags und Handschuh­kasten befestigt sind. Jens Winter von Elring Klinger sagt: „Durch die Kombination aus Kunststoff und Metall ist das Bauteil, verglichen mit herkömmli­chen Querträgern, um bis zu 40 Prozent leichter.“ Ab 2019 wird der Querträger in den Elektroautos des chinesischen Herstellers Byton verbaut.

Karosserie: von 200 auf 65 Kilogramm

Bei Elektroautos gibt es noch einen weiteren Effekt durch Gewichtsparen: je leichter das Auto, desto größer die Reichweite. Das ist auch der Grund, warum der Elektro-Kleinwagen e.Go des Start-ups e.Go Mobile AG eine Karosserie aus eingefärbtem Thermoplast erhält, die nur rund 65 Kilogramm wiegt. Zum Vergleich: Herkömmliche Karosserien ähnlich großer Autos wiegen bis zu 200 Kilogramm. Das spart etliche Kilo – auch deshalb, weil eine Kunststoff­ka­ros­serie verklebt und verschraubt wird statt verschweißt. So entfallen auch die schweren Schweißnähte.

Die Innovati­ons­spi­rale in Sachen Leichtbau dreht sich weiter. Der Werkstoff­her­steller Covestro entwickelt derzeit Scheiben aus Polycarbonat für den Einsatz bei Autos. Der Zulieferer Continental hat eine lautspre­cher­lose Musikanlage entwickelt, die höchstens ein Kilogramm wiegt – wohingegen eine normale Auto-HiFi-Anlage inklusive Boxen locker auf 15 Kilogramm kommt. Und Elring Klinger erprobt derzeit eine Kunststoff­felge, die pro Fahrzeug einen Gewichts­vor­teil von bis zu 20 Kilogramm bringen soll. Fortschritt bedeutet in diesen Fällen stets eine erhebliche Erleichte­rung.