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Leichtbau

Werkstofftrends: Alter Stahl neu erfunden

| Autor: Frauke Finus

Eine Sonderserie des VW Polo ist mit einer Motorhaube aus Litecor, einem Hybridwerkstoff von Thyssen-Krupp Steel Europe, ausgestattet.
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Eine Sonderserie des VW Polo ist mit einer Motorhaube aus Litecor, einem Hybridwerkstoff von Thyssen-Krupp Steel Europe, ausgestattet. (Bild: Thyssen Krupp)

Leicht, leichter, am leichtesten, das ist die Devise im Automobilbau. Dabei darf aber vor allem die Sicherheit von Insassen und Fußgängern nicht leiden. Stahl als der Werkstoff im Auto ist jetzt nicht unbedingt der Inbegriff von „leicht“. Dieser Herausforderung stellen sich die Stahlproduzenten und machen Stahl auf verschiedene Weise zumLeichtbauwerkstoff. Hochfeste Stähle, Stahlhybride, Metallschaum – Stahl birgt noch viel Potenzial.

Schade, noch spuckt keine Glaskugel und kein Kaffeesatz sicher aus, wie die Zukunft aussieht. Sicher ist aber, dass die Reise in der Automobilindustrie zum Leichtbau geht, es muss Gewicht reduziert werden – unbedingt. Trotzdem wird ein Auto höchstwahrscheinlich nie ganz ohne den Rohstoff Stahl auskommen. Wie also können Stahlproduzenten als Ausrüster die Autobauer im Leichtbau unterstützen? Wie sehen die Werkstofftrends für das Auto der Zukunft aus? Diesen Fragen wollen wir nachgehen. Möglichst günstig, leicht und dabei leistungsfähig und sicher sollen moderne Fahrzeuge sein – eine enorme Herausforderung. Die Vorgaben der Politik sind anspruchsvoll: Bis 2020 müssen die Hersteller den durchschnittlichen Kohlendioxidausstoß ihrer europäischen Flotten auf 95 g/km senken, derzeit sind 130 g erlaubt. Um diese Klimaziele zu erreichen, müssen Gewicht und Gesamtperformance der Fahrzeuge verbessert werden, denn nur so lässt sich der Kraftstoffverbrauch der Autos zu senken. Ein halber Liter weniger Kraftstoff kann den CO2-Ausstoß bereits um gut 12 g reduzieren. Der mit Abstand wichtigste Treiber zur Verbrauchssenkung der Fahrzeuge ist der Antrieb, danach kommt bereits die Gewichtsreduzierung.

Dass sich aus dem Trend zum Leichtbau zunehmend höhere Ansprüche an die verarbeiteten Werkstoffe ergeben, ist selbsterklärend. Die F+E-Abteilungen der Stahlproduzenten sind intensiv dabei, Lösungen zu entwickeln. „Die Herausforderungen für die Automobilindustrie hinsichtlich Leichtbau und Energieeffizienz führen dazu, dass auch die Anforderungen der Automobilhersteller und ihrer Zulieferer an unsere Edelstahlprodukte wachsen: Die Werkstoffe müssen einen immer höheren Reinheitsgrad aufweisen. Parallel dazu steigen die Anzahl und der Grad der kundenindividuellen Spezifikationen kontinuierlich,“ sagt Frank Wilke, Vice President Technische Kundenberatung der Deutschen Edelstahlwerke, ein Tochterunternehmen der Schmolz+Bickenbach-Gruppe, und stellvertretender Sprecher des Konsortiums der Initiative Massiver Leichtbau. Die Initiative Massiver Leichtbau wurde Anfang 2013 durch ein Firmenkonsortium aus Unternehmen der Massivumformung und Stahlherstellern ins Leben gerufen. Sie erarbeitet Ideen zur Gewichtseinsparung bei massivumgeformten Stahl-Bauteilen durch spezielle Werkstoffentwicklungen und -optimierungen sowie umform- und bearbeitungstechnische Maßnahmen im Fahrzeugbau. Dafür wurde zum Beispiel ein Pkw komplett zerlegt und die rund 3000 verbauten Stahlkomponenten wurden daraufhin untersucht, ob diese in Bezug auf Festigkeit und/oder Gewicht verbessert werden können.

Sandwich aus Stahl und Kunststoff

Wie kann also ein Stahlproduzent auf die Anforderungen der Gewichtsreduzierung reagieren? Thyssen-Krupp Steel Europe zum Beispiel beschäftigt sich unter anderem mit Hybridwerkstoffen: Der biege- und beulsteife Stahl-Polymer-Werkstoffverbund Litecor verbindet die Festigkeit von Stahl mit dem niedrigen Gewicht von Kunststoff und ist insbesondere für den Karosseriebau entwickelt worden. Das Sandwichmaterial besteht außen jeweils aus sehr dünnen Stahl-Deckblechen und hat eine Kernschicht aus leichtem Kunststoff. „Litecor verbindet die Vorteile beider Materialien: Die hohe Festigkeit des Stahls mit dem leichten Gewicht des Kunststoffs“, erläutert Ralf Sünkel von Thyssen-Krupp Steel Europe. Das Hybridmaterial füllt bei flächigen Bauteilen die Lücke zwischen Leichtbaustählen und Aluminium: Bauteile aus Litecor sind maximal 10 % schwerer als performancegleiche Bauteile aus Aluminium, aber rund 30 % kostengünstiger. „Unser Ziel ist es, die Autos im Massenmarkt leichter zu machen“, sagt Sünkel. „Da ist vor allem wirtschaftlicher Leichtbau das Ziel und nicht Gewichtsreduzierung um jeden Preis.“ Das neue Material hat weitere Vorteile: Litecor lässt sich ähnlich gut bearbeiten wie Stahl, Autobauer brauchen ihre vorhandenen Produktionslinien nur geringfügig an den neuen Werkstoff anzupassen. Auch das Umformverhalten ist dem des Stahls recht ähnlich. Auf der Straße ist das Hybridmaterial bereits unterwegs: Als Motorhaube im Polo R WRC, dem Rallye-Polo von Volkswagen. „Litecor ist damit der erste Stahl-Hybridwerkstoff, der in Kleinserie im Auto angewendet wird“, sagt Sünkel. Die Erkenntnisse aus diesem Fahrzeug fließen in die Produktionsoptimierung ein. „Wir rechnen damit, dass Litecor noch 2015 in die Großserie gehen wird“, schätzt der Experte. Dann ist die Pilotanlage so weit, dass sie Innenteile serienmäßig produzieren kann. In etwa drei Jahren, so der Pla, sollen Außenhautteile folgen.

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