Von Klima bis Krimi

Sorry, entgegen dem Zeitgeist steht in diesem Artikel nichts über automobile Antriebe. Trotzdem geht es auch um Hybridtechnik: BBR nahm auf der IAA unter die Lupe, wie sich der Klimawandel auf den Leichtbau auswirkt.

25. Oktober 2007

Bitte nicht entsetzt sein: Der Artikel über Werkstoffkonzepte startet - trotz der eher metallisch geprägten Themenstruktur dieser Zeitschrift -ausgerechnet bei einem Kunststoffverarbeiter. Es handelt sich um Plastic Omnium Auto Exterior aus Paris, einen der wenigen unabhängigen Familienunternehmen der Autozuliefererindustrie. Die 11.600 Mitarbeiter erwirtschafteten im Jahr 2006 fast 90 Prozent des Umsatzes (2,3 Milliarden Euro) mit der Automobilindustrie. Das Unternehmen ist nach eigenen Angaben weltweit die Nummer zwei bei Karosserieteilen und -modulen aus Thermoplast. »Es tobt ein Kampf um jedes Gramm«, betonte Chairman Laurent Burelle auf der IAA. Details nannte Marc Szulewicz, CEO Automotive-Business: »Bereits bei acht Fahrzeugen haben wir den Stahl bei Kotflügeln durch Kunststoff ersetzt und so 30 Prozent Gewicht eingespart.«

Weltpremiere

In Frankfurt am Main führte das Familienunternehmen als Weltpremiere eine patentierte Lösung für den BMW X5 vor: Es handelt sich um ein Kotflügelmodul, dessen lackierter Kunststoffkotflügel (talkumverstärktes PP-EPDM) auf ein Kunststoffstrukturbauteil montiert wird. Eine weitere Spezialität der Franzosen besteht allerdings nicht im Ersetzen, sondern im Kombinieren. Auf großes Interesse stieß bei den Besuchern eine Hybrid-Motorhaube mit Stahl-Außenhaut (wahlweise auch mit Aluminium-Außenhaut) und einer Duroplast-Innenstruktur (SMC) für den Kopfaufprallschutz. Das Konzept beweist, dass Leichtbau nicht teuer sein muss. Im Gegenteil: Die im Vergleich zu einer Lösung aus Vollaluminium leichtere Hybridlösung kostet bei maximal 600 produzierten Fahrzeugen pro Tag 20 Prozent weniger. Das Gewicht sinkt übrigens im Vergleich zu einer Stahlversion um 30 Prozent.

Beispiel eins:

Der Hybridgedanke ist aber auch der Stahlindustrie nicht fremd. Ein Entwicklungsteam von Johnson Controls, ThyssenKrupp Steel und ThyssenKrupp Presta hat ein wegweisendes neues Konzept für eine Cockpit-Struktur entwickelt. Die neue Lösung fällt nicht nur mehr als 20 Prozent leichter als die Referenz-Cockpitlösung aus der Serie aus, sondern ist nach Firmenangaben auch kostengünstiger. Es geht um ein sogenanntes Instrumental Panel upper: Diese Kunststoff-Tragstruktur trägt unter anderem Instrumententafel, Klimaanlage, Radio, Handschuhfach und Airbag. Ein meist aus Stahl bestehender Querträger trägt und stabilisiert dieses Bauteil. Es verbindet die beiden A-Säulen und verläuft also über die gesamte Breite des Fahrzeugs. Anders bei der Gemeinschaftslösung: Die Teammitglieder dachten sich: Eigentlich reicht doch ein Metallträger, der vor allem im Bereich der Lenksäule für Festigkeit sorgt. Die neue Lösung besitzt deshalb einen Stahl-Querträger, der nur bis zur Mitte des Fahrzeugs reicht. Die Hybridlösung entstand im Hybrid-Team: Es kam zu einer engen Zusammenarbeit der Cockpit-Experten von Johnson Controls (Automobilzulieferer mit sehr viel Know-how in Sachen Kunststofflösungen im Pkw-Innenraum), der Werkstoff- und Karosseriespezialisten von ThyssenKrupp Steel und der erfahrenen Lenksäulenkonstrukteure von Thyssen Krupp Presta. Besonderes interessant sind bei diesem Projekt die sogenannten T3-Profile. Es handelt sich dabei flanschlose Rohre, deren Querschnitt über die Bauteillänge wechseln kann. Ihre bauteilnahe, funktions- und belastungsorientierte Gestalt erhalten die Profile bei ThyssenKrupp Steel in Duisburg in einer nach Firmenangaben weltweit einmaligen Anlage, in der sie aus Formplatinen eingerollt und lasergeschweißt werden. Das von ThyssenKrupp Steel entwickelte Verfahren gilt als wirtschaftliche Alternative zum IHU-Prozess.

Beispiel zwei:

Auf der IAA präsentierten die drei Edelstahlhersteller ThyssenKrupp Nirosta aus Deutschland, Outokumpu (Finnland) und ArcelorMittal Stainless (Frankreich) mit dem Projekt ›Next Generation Vehicle‹ eine Studie zum Einsatz von Edelstahl im Automobilbau. An dem Projekt beteiligen sich die Automobilhersteller Audi, BMW, DaimlerChrysler, Fiat, GM/Saab und Ford/Volvo sowie Experten von Software-Firmen. Edelstahl sehen sie als den Werkstoff an, aus dem ein Teil der automobilen Zukunft besteht. Die Betonung liegt auf einem Teil: Kein Teilnehmer träume dabei - so ThyssenKrupp Nirosta-Vorstand Dr. Alfred Otto - von einer reinrassigen Edelstahlkarosserie. Es geht vielmehr darum, wie sich Edelstahl mit allen Karosserie-Werkstoffen zu einem idealen Materialmix verknüpfen lasse. Dabei eigne sich Edelstahl besonders in crashrelevanten Bereichen. Als Koordinator und Projekt­direktor konnte das Gremium einen Experten aus der Autoindustrie gewinnen: Es handelt sich um Roland Gustafsson von Volvo Technology aus dem schwedischen Göteborg. Der Experte verwies auf umfangreiche Software-Arbeiten vor allem in Sachen Simulation: Verarbeitungsrichtlinien entstanden mit Hilfen von B-Säulen, die als Referenzen bei Crashtests untersucht wurden. Softwarefirmen glichen die Ergebnisse mit ihren Werten ab.

Es entstanden dabei Programme, mit denen Entwickler den Einsatz von Edelstahlkomponenten berechnen können. In weiteren Untersuchungen geht es zusammen mit Firmen wie Bayer unter anderem um die Lackierbarkeit sowie das Modifizieren von Umformverfahren und Werkzeugen. Die Softwaredaten aus den Analysen stehen laut NGV ab Ende des Jahres zur Verfügung. Das Projektteam hilft potenziellen Anwendern mit Design- und Verarbeitungs-Leitfäden, die es beim NGV gibt (Kontakt: www.ngvproject.org). »Für uns war es wichtig, nicht nur die technische Machbarkeit mit Hilfe von Software-Analysen nachzuweisen, sondern auch den finanziellen Aspekt zu beleuchten«, sagte Gustafsson. »Zusammen mit dem Bostoner Massachusetts Institute of Technology haben wir das ›Body Production Cost Modul‹ entwickelt. Mit diesem Programm können Anwender die finanziellen Folgen von Edelstahl-Einsätzen akribisch analysieren«.

Hybrid trifft Fügen

Die Hybridtechnik krempelt auch die Welt der Fügtechniken um: Udo Schmidt von der Anwendungstechnik bei der Richard Bergner Verbindungstechnik aus Schwabach (RIBE) beobachtete, dass die Mischbauweise neue Fügeverfahren erfordert. Für den Leichtbau bietet sich beispielsweise die RIBE-Aluform-Schraube an, die sich bei Temperaturveränderungen sehr ähnlich wie Aluminium oder Magnesium verhält. Die etwas höheren Herstellkosten lassen sich durch die Qualität der Verbindung auch bei erhöhten Betriebstemperaturen laut Firmenangaben »mehr als nur ausgleichen«. Hinzu komme der Leichbau-Aspekt, denn die Aluminium-Schraube wiege rund 60 Prozent weniger als ihr stählernes Pendant. Als ganz großen Trend bezeichnete Schmidt die Kombination von Stanznieten und Kleben. Die Vorteile: Zum einen erhöht sich die Festigkeit der Verbindung, zum anderen übernimmt bei Mischverbindungen von Stahl und Alu­minium der Kleber zusätzlich eine Isolieraufgabe. Außerdem kann ein intelligent ausgewähltes Klebstoff-Konzept auch einen Teil der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der einzelnen Werkstoffe auffangen.

Vom Keiler und einem Krimi

Das Stichwort Karosserie wurde bereits detailliert auf­gegriffen; doch was haben die beiden Worte Keiler und Krimi in einem Messebericht zu suchen? Diese Worte verdankt der Leser dem Aussteller Felss aus Königsbach-Stein. Auf der IAA präsentierten die Spezialisten außer ihren Umformverfahren auch einen Krimi mit dem Titel ›Das Patent‹. Der Hintergrund: Ein Wettbewerber war gerichtlich gegen eine Erfindung des Firmen-Käpsele (schwäbisch: pfiffiger, kreativer Mensch) Fritz Binhack vorgegangen. Beim rekursiven Axialformen folgt auf die schrittweise Vorwärtsbewegung eine inkrementelle kleine, rückwärtsgerichtete Be­wegung. Auf diese Weise sinkt die benötigte Axialkraft enorm. Mit diesem Verfahren lassen sich beispielsweise Innenverzahnungen in Sacklöchern herstellen. Den Prozesssieg und die Bestätigung des Patents ›feierte‹ das schwäbische Familien­unternehmen nicht etwa mit einer dramatisch klingenden Presseinformation, sondern mit einem Krimi rund um die dramatischen Ereignisse. Dr. Winfried Richter, Geschäftsführer Markt und Technik: »Der Krimi half uns, den Markt über den Prozessgewinn und die dahinter steckende Erfindung auf elegante Art und Weise zu informieren.« Und welche Rolle spielt der Keiler, der auch den Messestand dekorierte? Dr. Richter schnappte sich das Buch und las dem bbr-Reporter vor: »Fritz Binhack stutzte, schob den Stuhl zurück und stand auf, um sich den Hauer des Keilers genau anzuschauen.« Die Hauer inspirierten das ›Käpsle‹ zum Entwickeln von maßgeschneiderten Hohlprofilen, die nur an den stark belasteten Stellen dicker ausfielen. So kam Binhack vom Keiler zu den ›tailored tubes‹ à la Felss. Übrigens, den schwäbischen Wirtschaftskrimi ›Das Patent‹ können bbr-Leser exklusiv als Zweiteiler ab dieser Ausgabe (Seite 54 ff.) lesen. _

Nikolaus Fecht

Erschienen in Ausgabe: 07/2007