17/13672 - Deutscher Bundestag

Drucksache 17/13672 – 64 – Deutscher Bundestag – 17. Wahlperiode
Tabelle IV.3
Wesentliche Prinzipien und Stellhebel zur Realisierung eines ganzheitlichen Karosserieleichtbaus
Werkstoffleichtbau
(Materialsubstitution)
hochfeste Stähle
höchstfeste Stähle
Leichtmetalle
(Aluminium, Magnesium, Titan)
Kunststoffe
Faserverbundwerkstoffe (CFK, GFK)
hybride Bauteile
(Metall-Kunststoff-Kombinationen etc.)
Fertigungsleichtbau
innovative Fügetechnologien
(Laserlöten und -schweißen, Kleben etc.)
vereinfachte Walzprofile und Hydroforming
Hohlstrukturen
(Umformtechnik, Gießverfahren)
modularisierte Knotenkonzepte
(Plattformstrategien/Modularisierungen)
optimierte Beschichtungsverfahren
digitale Werkstoffabsicherung
Quelle: Kurek 2010, ergänzt durch Goede et al. 2005 und UBA 2006
Konzeptleichtbau
Reduktion der Teilezahl und Fügestellen
Formgebung
(Minimierung des Werkstoffeinsatzes)
Topologieoptimierung
innovative Rahmenstrukturen
homogene Strukturverläufe
größere Wirkquerschnitte
(Verwindungssteifigkeit)
optimierte Belastungspfade
(Impulse, Schwingungen)
lastgerechte Trägerverläufe
Fokussierung auf Lastkollektive
(Zug, Druck, Biegung, Torsion)
Funktionsleichtbau
Lebensdauer (Korrosion, Wärmedruckbeständigkeit,
Temperaturwechsel, Langzeitbelastungen etc.)
Beherrschbarkeit von Reparaturen
Akustik
(Schwingungsverhalten, Vibrationen etc.)
Energieaufnahmefähigkeit
(Impulse, Crashverhalten etc.)
Aerodynamik
Einschätzbarkeit des Fahrverhaltens
(aktive Fahrzeugsicherheit)
Eine innovative und aus wirtschaftlicher Sicht erfolgversprechende
Leichtbauweise stellt das Multimaterialdesign
dar. Hierbei werden Werkstoffe hinsichtlich des Gewichtseinsparpotenzials,
den technischen Materialeigenschaften
und den für die Stückzahl angestrebten Fertigungsverfahren
an der jeweils passenden Stelle in der Fahrzeugstruktur
eingesetzt und mittels einer Vielzahl an neuartigen
Klebe- und Fügeverfahren miteinander verbunden
(Propfe et al. 2011). Im Vergleich zu einer baugleichen
Stahlreferenzstruktur konnte somit unter Einsatz der
Mischbauweise mittels hochfester Stähle, Aluminium,
Magnesium und CFK das Karosseriegewicht um 35 Prozent
(absolut: 100 kg) reduziert werden, wobei Mehrkosten
von 8 Euro je eingesparten kg anfallen (Automobilindustrie
2010, S. 70). Das Multimaterialdesign ermöglicht
somit neben konventionellen auch neuartigen
Werkstoffen neue Einsatzbereiche.
1.2.3 Neue Werkstoffe
Im Werkstoffleichtbau stellt der Vergleich und die Bewertung
verschiedener Werkstoffkonzepte auf Einzelbauteilebene
hinsichtlich mechanischer, physikalischer und
ökonomischer Kennwerte eine standardisierte Vorgehensweise
dar (Durst 2008). Rückschlüsse hieraus lassen nur
sehr eingeschränkte Aussagen über allgemeingültige Vorteilhaftigkeiten
zur Substitution der konkurrierenden
Leichtbauwerkstoffe untereinander hinsichtlich Gewicht
und Kosten zu. Es muss hierbei bedacht werden, dass in
Abhängigkeit des eingesetzten Werkstoffs Materialeinsatz
und Bauteilgeometrie angepasst werden müssen und
sich somit das Design des Leichtbauwerkstücks signifikant
vom ursprünglichen Werkstück oder von alternativen
Leichtbauwerkstücken unterscheiden kann. Treiber dieser
notwendigen Anpassungen liegen einerseits in den werkstoffspezifischen
Fertigungsverfahren und andererseits in
den Werkstoffeigenschaften, die auf den Einsatzzweck
und zur Gewährleistung identischer mechanischer Bauteileigenschaften
abgestimmt werden müssen. Darüber
hinaus besteht durch die großen Gestaltungsfreiheiten bei
Faserverbundwerkstoffen auch die Möglichkeit, mittels
der Integralbauweise mehrere konventionelle Bauteile
durch ein Leichtbauteil zu substituieren. Somit kann bei
einer gesamten Kostenbetrachtung trotz höherer Stückgutkosten
unter Umständen die CFK-Integralbauweise
kostengünstiger als eine konventionelle Metallbauweise
sein, da zusätzliche Kostenreduktionen in der Fertigung
und Lagerung und entfallende Aufwände für die Verbindung
der konventionellen Bauteile in die Betrachtung mit
einbezogen werden müssen (Durst 2008).