KEM Konstruktion 11.2016

WERKSTOFFE/VERFAHREN
WERKSTOFFE
Audi war mit der Spaceframe-Karosserie
Vorreiter im Leichtbau
lung jetzt, wo die Kunststoffe und die hybriden Bauteile ins Rennen
kommen, wiederholen wird. „Die Stahlhersteller werden versuchen,
noch festere Stähle zu entwickeln, die Aluminiumhersteller
machen es ähnlich. Durch den Wettbewerb der verschiedenen
Werkstoffe schaukeln sich alle nach oben. Bislang ist noch keine
Technologie hinten heruntergefallen“, ist Kirchhoff überzeugt.
Paradebeispiel B-Säule
Die B-Säule muss als seitliche Verbindung zwischen Fahrzeugboden
und -dach hochbelastbar sein und aus Sicherheitsgründen sehr hohen
Crash-Anforderungen genügen. Derzeit wird dieses anspruchsvolle
Bauteil noch in den meisten Autos aus einem relativ dicken
Stahl hergestellt. Aber die Werkstoffkonkurrenz holt auf. „Ich kann
mir gut vorstellen, dass die B-Säule in Zukunft auch mit carbonfaserverstärktem
Kunststoff realisiert wird. Der große Vorteil von Carbonfasern
ist ja neben der hohen Steifigkeit zum Gewicht auch eine hohe
Energieabsorption im Falle eines Aufpralls“, sagt Nicolas Beyl,
Geschäftsführer Reaktionstechnik bei der KraussMaffei Technologies
GmbH.
Die Sicherheit für die Autoinsassen zu erhöhen, ist schon immer ein
großes Ziel der Konstrukteure gewesen. Nun stehen ihnen verschiedene
Möglichkeiten der Realisierung offen. „Es laufen Entwicklungen,
die Materialien entsprechend der Belastungen im Verlauf
der B-Säule auszuwählen. So kommen hier Kombinationen von
Stahl, hochfesten Stählen und Kunststoffen zum Einsatz. Eine solche
B-Säule bietet die höchste Sicherheit und ist gleichzeitig deutlich
leichter als eine reine Stahlkonstruktion“, erläutert Kirchhoff. Die
prominente B-Säule steht damit exemplarisch für eine Entwicklung,
die sich überall im Fahrzeug abzeichnet. In Zukunft wird in jedem
Anwendungsfall geprüft, welches Material dafür am besten in Frage
kommt: CFK, glasfaserverstärkte Kunststoffe, Aluminium oder
Stahl.
Wieder eine Parallele zum Audi A8 aus den 1990-er Jahren: Die Voll -
aluminium-Karosserie hat sich tatsächlich nicht in allen Fahrzeugklassen
durchgesetzt. Aber sie hat bewirkt, dass immer mehr Teile
im Auto – Motorhauben, Kotflügel, teilweise auch Türbleche – in Aluminium
realisiert werden. Ähnlich wird auch der BMW i3 für einen
stärkeren Einzug von Faserverbundwerkstoffen im Auto sorgen. „Es
werden sich Bereiche im Auto etablieren, wo die faserverstärkten
Kunststoffe dominant sind, andere Bereiche, wo eher Aluminium
oder Stahl dominant sein werden“, sagt Beyl.
Herausforderung Verbindungstechnologie
Schlüssel des künftigen Materialmixes ist die Verbindungstechnik.
Für Bauteile aus demselben Material gibt es schon lange etablierte
Fügemethoden. Stahlbleche werden beispielsweise klassischerweise
miteinander verschweißt. Unterschiedliche Werkstoffe lassen
sich aber auf herkömmliche Art nicht miteinander verbinden. Auch
deshalb ist die Fahrgastzelle des BMW i3 vollständig aus CFK. Man
hat erst einmal genug damit zu tun, diesen neuen Werkstoff in einem
serienreifen Produkt zu verwenden und spart sich zunächst
einmal, Antworten auf die offenen Fragen der Verbindung mit anderen
Werkstoffen zu finden. Einen Faserverbund kann man nämlich
nicht mit einer Blechstruktur verschweißen. Deshalb werden Verfahren
entwickelt, mit denen sie verklebt, vernietet oder verschraubt
werden können.
Eines der Werkzeuge für hybride Verbindungen ist der Laser. „Damit
hat man viele Möglichkeiten, die unterschiedlichen Materialien zu
prozessieren, also zu schneiden zu strukturieren und vieles mehr“,
sagt Kirchhoff von Trumpf. Die Verbindungstechnik ist auch eines der
zentralen Themen, die in der Arbeitsgemeinschaft Hybride Leicht-
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