Take it light!

Leichtbau

Warum überhaupt Leichtbau, wenn bald klimaschonend E-Autos autonom mit alternativ erzeugtem Strom fahren? So weit ist es aber noch lange nicht, sagte sich Automobil-Industrie-Chefredakteur Claus-Peter Köth und ermunterte Experten aus der Fahrzeugbranche auf dem Leichtbau-Gipfel 2018 zu ›komplett neuen‹ Gedanken zum Leichtbau.

17. September 2018
© Audi
Bild 1: Take it light! (© Audi)

Leichtbau ist für altgediente Fachjournalisten wie mich seit Jahrzehnten ein ›Leib- und Magenthema‹, das mich seit dem ersten Aluminiumauto von Audi nicht mehr losgelassen hat. Äußerst gespannt war ich daher auf die Podiumsdiskussion mit dem sehr mutigen Thema ›Leichtbau komplett neu denken‹. Doch vor spannenden Gedanken stand ein Impulsvortrag von Rainer Kurek, dem Geschäftsführer von Automotive Management Consulting (AMC), der Leichtbau als Innovationstreiber ansieht. 

Laut AMC-Studien scheitert Leichtbau oft an den hohen Investitionen, wenn Hersteller nur simpel Werkstoffe ersetzen. Vielmehr komme es auf eine systemische Strategie an, die Konzept-, Funktions-, Verbindungstechnik- und Fertigungstechnik-Leichtbau miteinander verknüpft.

Der altgediente Fahrzeugexperte empfahl, die Projekthausstruktur nach alter Entwickler-Sitte wiederzubeleben, deren verzahnte Arbeitsweise die Effizienz in der Produktentstehung erhöhe und den finanziellen sowie zeitlichen Aufwand senke. Kurek: »Nutzen wir Synergien im Produktentstehungsprozess, wird preiswerter Leichtbau eher möglich und die Innovationskraft nimmt zu. Doch das gelingt nur, wenn wir gemeinsam einen klaren, verständlichen, nachvollziehbaren, an Synergien orientierten Produktentstehungsprozess umsetzen.« 

»Welchen Stellenwert hat Leichtbau eigentlich bei der Entwicklung einer Luxuslimousine wie dem Audi A8?«, fragte bei der anschließenden Podiumsrunde Chefredakteur Claus-Peter Köth Frank Vernier vom Audi-Leichtbau-Zentrum aus Ingolstadt.

»Bei der Gesamtauslegung eines Premiumfahrzeuges gehört ein bestimmtes Maß an Leichtbau einfach immer dazu, um alle wichtigen Eigenschaften wie Agilität auf Premiumqualität zu halten«, erläuterte der Leichtbauspezialist (Vorentwicklung Leichtbau und Nachhaltigkeit Gesamtfahrzeug). »Für Elektrofahrzeuge gilt es zudem, die Mehrgewichte durch die Elektrifizierung zu kompensieren.« 

Wie gut das gelingt, zeigt ein Blick auf das 24 Jahre alte ASF-Konzept (Aluminium-Spaceframe), bei dem Audi von der Monowerkstoffkultur zur Mischbauweise wechselte. Im Audi A8 wird unter den 29 verschiedenen Materialien neben Stahl, Alu und CFK auch neuerdings Magnesium (allerdings nur in einer Domstrebe) verwendet. Stolz präsentierte Audi in Würzburg die neue CFK-Montagerückwand, die im Vergleich zum Vorgänger 50 Prozent leichter ausfällt. 

»Wie wichtig ist Leichtbau für die Fahreigenschaften des neuen 6er GT?«, fragte Köth BMW-Planungsleiter Klaus Sammer. »Wie hat er sich insgesamt weiterentwickelt im Vergleich zum Vorgängermodell 5er GT?« Ein wesentliches Element der BMW-Strategie – so der Experte vom BMW-Leitwerk Dingolfing – ist der um rund 10 Prozent höhere Einsatz an Aluminium.

»Wir werden künftig in dieser Fahrzeugklasse alle Außenhautteile aus Aluminium herstellen«, kündigte Sammer an. Bei tragenden Bauteilen setzt der Automobilhersteller auf höchstfesten Stahl, schließt aber auch dort langfristig den Einsatz von Aluminium nicht aus. Ein Paradebeispiel für diese Strategie ist der neue Hecklängsträger, bei dem ein einziges Aluminium-Druckgussteil die beim Vorgängermodell noch nötigen 25 Bauteile ersetzt. Das bedeutet: Beide Träger zusammen sind nun ganze 15 Kilogramm leichter – die wirksamste Einzelmaßnahme in der Rohkarosserie des 6er GT. 

Aber auch die von Kurek angesprochene Projekthaus-Kultur mit einem klaren, gezielten Miteinander von Auftraggeber und Lieferanten wird bereits bei BMW gelebt. »Zu jedem Werkstoff und jedem Verfahren gibt es bei uns eine Haustechnologie, die für den jeweiligen Lieferanten die Verantwortung übernimmt«, erläuterte Sammer. »So unterstützt das Gusszentrum in Landshut die entsprechenden Lieferanten. Eine der Stärken von BMW besteht darin, dass wir im Sinne des Projekthauses sehr verstärkt vernetzt zusammenarbeiten.«

Der Erfolg einer Leichtbau-Strategie steht und fällt mit der Fertigung. Hier geht Daimler neue Wege, die sich schon an der neuen Position von Dr. Thomas Behr festmachen lassen. Trat er 2017 auf dem Leichtbaugipfel noch als Leiter Karosserietechnologien, Forschung und Vorentwicklung auf, kündigt seine neue Position (Leiter Hardware und Digital Technologies) von frischem Wind im Karosseriebau. Dazu zählt die Additive Fertigung, in die Daimler 2016 serienmäßig – unter anderem mit dem 3D-Druck ›on demand‹ von Kunststoff-LKW-Ersatzteilen in Originalteilequalität – einstieg. 2017 folgte der 3D-Druck von Metallteilen. 

Die Additive Fertigung ist für Dr. Behr eine Chance, dank Topologieoptimierung einen »maximalen Leichtbau« zu erreichen, der nicht nur die Masse senkt, Steifigkeiten erhöht und das Bauteildesign lastengerecht optimiert, sondern der auch die Mehrkosten für den 3D-Druck deutlich reduziert. 

Am Beispiel eines bisher per Spritzguss hergestellten Gepäckablage-Endstücks zeigte der Konzernforscher, wie sich dank Umstieg auf 3D-Druck (Selective Laser-Sintering) und neuem Design (innere Gitterstruktur) das Gewicht um 75 Prozent senken ließen. Behr: »Dank moderaten Mehrkosten von 15 Prozent ist das Verfahren für Kleinserien bereits heute wirtschaftlich.« Ähnliche Erfolge wünscht sich Behr auch für den metallischen 3D-Druck. 

Viel Know-how in Sachen 3D-Druck besitzt das bekannte Entwicklungshaus Edag Engineering aus Fulda, das 2017 für das ›additiv gefertigte Leichtbau-Haubenscharnier mit integriertem Fußgängerschutz‹ den begehrten Materialica Award in Gold erhielt.

Es handelt sich um eine typische Projekthaus-Lösung mit dem Voestalpine Additive Manufacturing Center aus Düsseldorf und Simufact Engineering aus Hamburg, die mit Edag das Gewicht der Stahlkonstruktion von 3,0 auf 0,77 Kilogramm senkten. Aufgrund derart positiver Erfahrung mit dem 3D-Druck warb Dr. Martin Hillebrecht, Leiter Competence Center Leichtbau bei Edag, für additive Techniken: OEMs sollten sie nicht nur für den Leichtbau nutzen, sondern auch zum Senken von Entwicklungskosten und -zeiten. 

Von dem Leichtbauspezialisten, der nicht nur in der Automobilindustrie unterwegs ist, wollte Chefredakteur Köth wissen, »was die Branche aus anderen Industriezweigen lernen kann«. »Die Additive Fertigung setzen andere Branchen wie etwa die Luftfahrtindustrie, Medizintechnik oder Schmuckindustrie und auch viele Exoten schon seit längerem in der Serienproduktion ein«, antwortete Hillebrecht. »Die Autoindustrie arbeitet allerdings mit einem anderen Produktspektrum und anderen Prozessen. Von anderen Branchen kann man lernen, wie sich neue Geschäftsmodelle mit harter Pionierarbeit aufbauen lassen.«

Es klang schon beim Impulsvortrag von AMC-Geschäftsführer Kurek an: Leichtbau gelingt nur mit ganzheitlicher Vorgehensweise. »Doch wie stark ist die systemische Denkweise bereits in den Köpfen der Fahrzeugentwickler verankert? Welches Potenzial lässt sich da noch heben?«, lautete die Frage an Heinrich Timm, Vorstandsmitglied beim Carbon Composites e.V., Augsburg. 

Für den früheren Audi-Entwickler des ASF steht aus langjähriger Erfahrung fest, dass die systemische Vorgehensweise auf jeden Fall besser als die singuläre Betrachtungsweise funktioniert. Als Beispiel dafür sieht er als guter Lobbyist natürlich den Einsatz von Carbon-Composites, vor dem viele Entwickler schon beim einseitigen Blick auf ›Preis pro Kilogramm‹ zurückschrecken:

»Wenn ich systemisch denke und nicht Kilo mit Kilo, sondern Funktion mit Funktion vergleiche, kann ich etwa bei den Leichtbaugüten sehr viel mehr erreichen. Mit Carbon Composites kann ich nämlich bereits mit sehr wenig Einsatz viel bewirken.« Als sehr spannend und interessant sieht Timm dabei die Kombination mit anderen Werkstoffen an.

Diese Hybridbauweise ist in der Automobilbranche bereits im Kommen, wobei der Audi-Leichtbauexperte diesen Begriff nicht nur auf die Kombination unterschiedlicher Werkstoffpaarungen beschränkt: »Hybrid kann auch ein Bauteil sein, das nur aus einem Material besteht, aber lokale unterschiedliche Eigenschaften besitzt oder aber unterschiedlich be- und verarbeitet wurde«, gab Frank Venier zu bedenken. 

Als den aktuellen Stand der Technik bezeichnet Vernier hybride Lösungen im Karosseriebau, der bereits standardmäßig in der B-Säule Stahlsorten mit variierenden Blechdicken und Festigkeiten einsetzt. Der nächste Schritt sei die Kombination Stahl-Kunststoff, die Audi im A7 bereits in tragenden Strukturen (wie dem Dachrahmen) nutzt. 

Hybride Bauweise verlangt aber auch neue Formen der Zusammenarbeit. »Viele komplexe Leichtbautechnologien lassen sich nicht mehr mit dem klassischen, bilateralen Zusammenspiel von OEM mit Lieferanten bewältigen«, beobachtete Dr. Hillebrecht. »Es gibt inzwischen sehr komplexe Wertschöpfungsketten, die sich ständig ändern.« Daher sei heute oft sehr detailliertes Spezialistenwissen gefragt, das kaum ein Unternehmen in kurzer Zeit selbst aufbauen könne. Eine gute Lösung sei das frühzeitige Einbinden neutraler Engineeringpartner.

Doch warum spielt trotz all dieser spannenden Innovationsprozesse der Leichtbau im Vergleich zur Elektromobilität in der Öffentlichkeit kaum eine Rolle? Warum schauen selbst Technik-Nerds entgeistert, wenn ich vom Besuch des Leichtbaugipfels und nicht von einem E-Auto-Event berichte?

Heinrich Timm brachte es auf den Punkt: »Wir sollten wieder ganzheitliche Fakten sprechen lassen. Vergleichen wir doch mal: Ein Tesla S90 wiegt 60 Prozent mehr als ein BMW I3 und verbraucht 50 Prozent mehr Strom. Da behaupte noch jemand, Leichtbau spiele beim Elektroauto keine Rolle!«

Nikolaus Fecht

Fachjournalist aus Gelsenkirchen

Erschienen in Ausgabe: 05/2018