Die Heckklappe des Audi R8 GT - Audi Geschäftsbericht 2011

Die Heckklappe des Audi R8 GT* ist aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt. Mit minimalem Gewicht und hoher
Festigkeit ist CFK der ideale Werkstoff für einen Hochleistungssportwagen.
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FOTOS | LAURENT BURST/AGENTUR FOCUS
Leichtbau
Schlanke Familie
Effi zienz
Leichtbau ist eine der großen Stärken von Audi. Im Audi Leichtbau Zentrum in
Neckarsulm wird diese Kernkompetenz der Marke systematisch ausgebaut.
Die Motivation muss
stimmen“, sagt Heinrich
Timm, der langjährige
Leiter des Audi Leichtbau
Zentrums in Neckarsulm; und dass
die Motivation bei ihm und seinem
Nachfolger Dr. Lutz-Eike Elend stimmt,
spürt man schon bei der ersten Begegnung
mit den beiden Ingenieuren. Der
promovierte Fertigungstechniker Elend
führt seit November 2010 die erfolgreiche
Arbeit der vergangenen Jahrzehnte
fort, die Audi beim Leichtbau
zu einer der international führenden
Marken machte.
Leichtbaupionier Heinrich Timm geht
in den Ruhestand, aber nur teilweise.
Mit seiner wertvollen Erfahrung wird er
dem Unternehmen weiter als Berater
verbunden bleiben. Unter seiner Regie
wurde Mitte der 1990er Jahre die Audi
Space Frame Technologie (ASF) entwickelt,
die Initialzündung für viele neue
Entwicklungen auf dem Gebiet des
Leichtbaus.
Die Motivation stimmt in Neckarsulm
aber auch noch in anderer Hinsicht.
Nachdem Audi 1994 am Neckar ein
spezielles Aluminiumzentrum für
Entwicklung, Produktionsplanung und
Qualitätssicherung gegründet hatte,
wurde der Leichtbau systematisch zu
einer der Kernkompetenzen der Marke
ausgebaut. Das liegt ganz wesentlich
daran, dass an dem Standort ein breit
gefächertes Know-how gebündelt wird.
„Unsere Arbeit erfasst die gesamte
Prozesskette“, erklärt Timm.
Leichtbau beginnt mit den geeigneten
Werkstoff en, der Entwicklung
neuer, leistungsfähiger Legierungen
und Materialien, setzt sich fort über
Konstruktion, Berechnung, Werkstoff
technologie, Produktionsplanung
bis hin zur Qualitätssicherung – alle
Spezialisten arbeiten in Neckarsulm
unter einem Dach.
Leichtbau ist für Audi eine strategi-
sche Aufgabe, denn Komfort-, Leistungs-
und Sicherheitsanforderungen
bringen immer mehr Gewicht mit sich.
„Es ist eines unserer nachhaltigsten
Ziele für die Zukunft, die Gewichtsspirale
umzukehren“, sagt Michael Dick,
Audi Vorstand für den Geschäftsbereich
Technische Entwicklung.
Audi hat beim Leichtbau viele
wegweisende Innovationen
in die Serie eingeführt.
Die Umkehr der Gewichtsspirale
bringt große Sekundäreff ekte. In der
Karosserie stecken naturgemäß besonders
große Potenziale. Im Vergleich
zum Stahl ist eine ASF Karosserie mindestens
40 Prozent leichter. Doch auch
der Antrieb, das Fahrwerk, die Elektrik
und der Innenraum können deutlich zur
Gewichtsreduzierung beitragen.
Dabei bedeuten 100 Kilogramm
weniger Gewicht rund 0,3 Liter weniger
Kraftstoff verbrauch pro 100 Kilometer;
das entspricht einer Reduzierung der
CO 2 -Emissionen um etwa 8 Gramm
pro Kilometer.
Audi hat beim Leichtbau seit über
einem Vierteljahrhundert viele wegweisende
Innovationen in die Serie
* Verbrauchs- und Emissionsangaben am Ende des Geschäftsberichts
eingeführt. Bereits 1982 defi nierte
das Unternehmen den automobilen
Leichtbau als strategisches Projekt.
Viele technische Meilensteine und eine
Vielzahl von Patenten liegen auf dem
Weg zur Entwicklung einer völlig neuen
Karosseriestruktur, der Audi Space
Frame Bauweise. Die Aufgabenstellung
bedeutete nicht mehr und nicht weniger,
als die selbsttragende Karosserie
noch einmal neu zu erfi nden – mit Aluminium,
einem Werkstoff , der deutlich
leichter ist als konventioneller Stahl,
und mit einem neuen Prinzip.
Das Konstruktionsprinzip bei der ASF
Bauweise, das in der Serie erstmals
1994 im Audi A8 zum Einsatz kam, gilt
noch heute: Druckgussteile und Strangpressprofi
le bilden ein fachwerkartiges
Gerippe, das die Aluminiumbleche
mittragend einbindet. Mit ihren unterschiedlichen
Querschnitten und Formen
vereinen die Komponenten optimale
Funktion mit geringem Gewicht.
Bis heute wurden mehr als 600.000
Fahrzeuge der Modelle Audi A2,
TT Coupé* und TT Roadster*, A8 und R8
in Audi Space Frame Bauweise hergestellt.
„Leichtbau trägt entscheidend
zur Sportlichkeit und zur Effi zienz bei“,
sagt Elend, „also zur Schonung der Res-
Kompetenz unter einem Dach (von links): Dr. Lutz-Eike Elend (Leiter Audi Leichtbau Zentrum), Heinrich
Timm (ehemaliger Leiter Audi Leichtbau Zentrum) und Albrecht Reimold (Werkleiter Neckarsulm).
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Effi zienz
Zukunft
entwickeln
Der intelligente Leichtbau
wird für Audi auch
die Mobilität der Zukunft
erschließen. Neue Antriebssysteme
erfordern
neue Karosserieformen
und damit auch die Verwendung
neuer Materialien,
wie Magnesium
oder faserverstärkte
Kunststoff e. Computersimulationen
helfen den
Ingenieuren des Audi
Leichtbau Zentrums bei
der werkstoff gerechten
Umsetzung dieses Multi-
Material-Designs.
sourcen und zur Senkung der Betriebskosten,
was einen direkten Nutzen für
die Kunden bedeutet.“
Die Karosserie des ersten A8 wog
nur 249 Kilogramm; beim kompakten
A2 waren es lediglich 156 Kilogramm.
Der Aufbau des A2 1.2 TDI, des ersten
fünftürigen Drei-Liter-Autos der Welt,
brachte gar nur 135 Kilogramm auf die
Waage – die Basis für den sensationellen
Durchschnittsverbrauch von 2,99
Liter Dieselkraftstoff pro 100 Kilometer.
„Vorangehen, das braucht immer
auch Mut“, sagt Timm heute über das
wegweisende Konzept des A2.
Die Modelle von heute – die neue
Generation des A8 sowie die Sportwagen
R8, TT Coupé* und TT Roadster* –
dokumentieren den aktuellen Stand der
ASF Technologie. Strangpressprofi le
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haben ihre Stärke in der gestalterischen
Flexibilität. Die Seitenschweller beim
TT Coupé und beim TT Roadster beispielsweise
bauen äußerlich identisch,
im Inneren jedoch entscheidet ihre
unterschiedliche Verrippung über ihre
Steifi gkeit – beim Roadster ist sie noch
höher als beim Coupé, um das fehlende
Dach auszugleichen. „Wir nutzen die
Prinzipien der Bionik“, also das Vorbild
Natur, erläutert Timm. „Das ist wie
beim Weizenhalm, der seine Stabilität
seiner speziellen Struktur verdankt.“
Inzwischen wird Aluminium vermehrt
mit anderen Werkstoff en kombiniert.
Die Aluminiumkarosserie des R8, deren
mittragender Motorrahmen aus ultraleichtem
Magnesium besteht, wiegt
210 Kilogramm. Mit dem V10-Motor*,
der 386 kW (525 PS) leistet, wiegt das
Unwiderstehliche
Kraft: der 5.2 V10-
Motor im R8 GT*.
* Verbrauchs- und Emissionsangaben am Ende des Geschäftsberichts
ganze Auto nur 1.620 Kilogramm. Sein
Leistungsgewicht beträgt 3,1 Kilogramm
pro PS – der Wert eines austrainierten
Hochleistungssportlers.
Auch beim neuen Audi A6 hält
der Materialmix Einzug.
Beim neuen A8 wird an der B-Säule
sogenannter warmumgeformter Stahl
für erhöhten Seitenaufprallschutz
verwendet. Auch beim Ende 2010
vorgestellten A6 hält der Materialmix
Einzug: Die Struktur der Karosserie
besteht aus Stahl, wobei einzelne
Aluminiumkomponenten integriert
sind, zum Beispiel die Aufnahme der
Federbeine. Die Außenhaut des neuen
A6 ist erstmals komplett in Aluminium
ausgeführt.
Zug um Zug hat Audi den Vorsprung
ausgebaut, bei den Werkstoff en, beim
intelligenten Materialmix, der Verbindungstechnik
und bei der Effi zienz in
der Produktion. „Schon in der frühen
Entwicklungsphase eines neuen Modells
ist die Kompetenz der Produktion
gefragt“, betont Albrecht Reimold,
Werkleiter Neckarsulm, „dabei geht es
vor allem um einen späteren wirtschaftlichen
Einsatz in der Großserie.“
Mehr als 13.000 Menschen arbeiten
am Audi Standort Neckarsulm. In den
blitzblanken Neckarsulmer Werkhallen
entstehen unter anderem der A8 und
der R8. Während der Automatisierungs-
FOTOS | LAURENT BURST/AGENTUR FOCUS (2) SKIZZE | AUDI AG

High-End-Werkstoff CFK
Die Richtung
muss stimmen
Kohlefaserverstärkte Kunst- Kunststoff
e (CFK) sind ein exzellen-
ter Werkstoff in der Luft- und
Raumfahrtindustrie, aber auch
im Automobilbau. Im Motor-
sport zeigen sie ihre Stärken
schon lange: Sie erzielen je
nach Ausführung überragende
Zugfestigkeitswerte von 500 bis
1.350 Newton pro Quadratmil-
Quadratmil-
limeter, sie absorbieren Energie
sehr gut, sind extrem leicht und
bieten größtmögliche Freiheit in
der Formgestaltung.
Eine einzige Kohlenstoff faser
ist nur fünf bis acht Mikrometer
dick, etwa das Zehntel eines
menschlichen Haars. In der
Regel werden 1.000 bis 50.000
von ihnen zu sogenannten Ro-
vings (Strängen) gebündelt, die
als Grundlage für die Gewebe
dienen. Der Lagenaufbau entscheidet
über die Materialeigen-
schaften – CFK-Materialien sind
nur in Faserrichtung hochfest,
deshalb liegen die einzelnen
Schichten in verschiedenen
Richtungen. Sie werden in
eine sogenannte Matrix, meist
Epoxidharz, gebettet; mit dem
Aushärten des Harzes entsteht
das Bauteil. Der Aufbau der Teile
erfordert heute noch ein hohes
Maß an Handarbeit. Für einen
zukünftigen Einsatz in der Großserie
sind weitere Entwicklun-
gen der Fertigungstechnologien
notwendig.
Hightech fürs Auge: CFK-Sideblade
beim Audi R8 GT.
grad bei der A8 Produktion nahezu dem
einer herkömmlichen Stahlblechkarosserie
ähnelt, hat die Herstellung des
exklusiven Hochleistungssportwagens
R8 eher Manufakturcharakter.
Beim R8 entstehen der Vorderwagen,
der Mittelboden und der Hinterwagen
voneinander getrennt. Nachdem die
Baugruppen zum Unterbau zusammengefügt
sind, kommen die Säulen und
die großen Blechteile hinzu – vor allem
das Dach, die Seitenwände, die Türen
und die Klappen. „Der Schlüsselfaktor
ist die Verbindungstechnik“, erläutert
Elend, „in der Fertigung benutzen wir
überwiegend von Audi entwickelte und
patentierte Fügeverfahren.“
Das perfekte Zusammenspiel in der
gesamten Prozesskette – von der Entwicklung
und Planung, dem Anlagen-,
Vorrichtungs- und Werkzeugbau über
das Presswerk, den Karosseriebau und
die Lackiererei bis zur Montage – verläuft
nach den strengen Qualitätsmaßstäben
von Audi.
Eine vollautomatische Messanlage
überprüft die Maßhaltigkeit jeder Karosserie
auf zehntel Millimeter. Der Scanner
arbeitet berührungsfrei und prüft mit
seinen 95 Lasersensoren binnen fünf
Sekunden 220 Punkte durch.
Mit der Elektromobilität
steht ein Systemwechsel im
Automobilbau bevor.
Den Vorsprung in Konstruktion und
Fertigung weiter auszubauen, ist auch
für Dr. Lutz-Eike Elend der Ansporn
zu immer neuen Innovationen. Denn
wieder einmal steht ein Systemwechsel
im Automobilbau bevor, und der bringt
neue Aufgaben für die Leichtbauspezialisten
mit sich. „Antriebskonzepte der
Zukunft stellen neue Anforderungen
an die Karosserie und bringen zusätzliches
Gewicht ins Auto“, sagt der Leiter
des Audi Leichtbau Zentrums, „daraus
ergeben sich für uns ganz neue Herausforderungen
bei der werkstoff gerechten
Umsetzung.“
Den signifi kanten Gewichtszuwächsen
für elektrifi zierte Antriebe wird Audi
mit neuen Leichtbaukonzepten begegnen.
Dazu zählt auch die Verwendung
innovativer Werkstoff e. Bereits 2009
hat das Unternehmen deshalb in ein
neues Technikum für Faser-Kunststoff -
Verbundwerkstoff e investiert.
Dazu zählen vor allem kohlefaserverstärkte
Kunststoff e (CFK), die Audi
in einem intelligenten Materialmix
einsetzen wird, zum Beispiel mit Aluminium
und Stahl, aber auch mit dem
ultraleichten Magnesium. Die Pionierleistungen
auf dem Gebiet der Aluminiumbauweise
werden dabei helfen,
das Know-how auch auf andere Technologien
und Werkstoff e zu übertragen.
„Wir wissen, was es heißt, einen neuen
Werkstoff in die Serienreife zu überführen“,
erklärt Vorstandsmitglied Michael
Dick, „und das werden wir nun auch bei
CFK unter Beweis stellen.“
Beim R8 Coupé* ist der Leichtbau
sogar sichtbar. Seine in CFK ausgeführten
„Sideblades in Strukturgewebeoptik“
sind ein unverwechselbares
Designelement. Bei der off enen Version,
dem R8 Spyder*, wurde der Anteil der
CFK-Bauteile noch erhöht. Die Seitenteile
und die komplexe Verdeckkastenabdeckung
bestehen aus der leichten
Carbonfaser. „Die CFK-Klappe bringt
gegenüber Aluminium etwa 20 Prozent
Gewichtsersparnis“, erklärt Elend. Und
Vorgänger Timm, unter dessen Leitung
die Struktur des R8 entwickelt wurde,
ergänzt: „Gerade dieses Bauteil ist so
komplex geformt, das würde man mit
metallischen Werkstoff en gar nicht
hinbekommen.“
So bieten die neuen Werkstoff e
nicht nur erhebliche Gewichtsvorteile,
sondern auch neue Möglichkeiten
im Design. Welches Potenzial in den
Verbundwerkstoff en steckt, zeigt sich
auch beim R8 GT*. So ist die Heckklappe
des limitierten Modells aus CFK gefertigt,
das ergibt einen Gewichtsvorteil
von 6,6 Kilogramm. Die Schalensitze,
deren Chassis aus glasfaserverstärktem
Kunststoff (GFK) gefertigt sind, sparen
31,5 Kilogramm.
Künftig wird die Herausforderung
darin liegen, die neuen, superleichten
Werkstoff e auch wirtschaftlich in großen
Mengen herstellen zu können. Die
Arbeit wird den Leichtbauspezialisten
aus Neckarsulm also nicht ausgehen.
Die Ideen mit Sicherheit auch nicht.
THOMAS AMMANN
Ein Besuch im Audi Leichtbau
Zentrum: www.audi.de/gb2010/
leichtbau
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