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www.automobil-industrie.de Sonderausgabe • Juli 2016
AUTOMOBIL INDUSTRIE • Juli 2016
INSIGHT
LEICHTBAU
Genial einfach
Wir bringen die NEWS
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r u n g s f rei
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11313 / Bild: fotolia alphaspirit
EDITORIAL
„GROSSES POTENZIAL –
AUCH FÜR ZULIEFERER“
Digitalisierung, Vernetzung, autonomes Fahren, Elektrifizierung: „Drängen diese automobilen Megatrends
den Leichtbau in den Hintergrund?“, fragte ich in der Podiumsdiskussion auf dem »Automobil Industrie«-
Leichtbau-Gipfel im März dieses Jahres (s. Bildergalerie ab Seite 12). „Keineswegs“, sagte Florian Schek,
Leiter Leichtbau und Gewicht der BMW Group, „diese Themen kommen auf die bestehenden Anforde-
rungen an die Fahrzeugarchitektur obendrauf, und sie machen den Leichtbau weiterhin notwendig, um
Lastgrenzen einzuhalten.“ Jürgen Wesemann von Ford ergänzte: „Leichtbau hat definitiv eine Zukunft,
da es dort noch erhebliche Potenziale gibt.“
Dabei gilt: Direkt zahlt der Endkunde im „normalen“ Pkw nicht für den Leichtbau. Indirekt aber schon –
für die höhere Sicherheit, eine Individualisierung in der Außenhaut oder die bessere Quer- und Längs-
dynamik. „Fahrzeuge sind emotionale Produkte, und zur Emotionalität gehört die Dynamik“, bekräftigte
Heinrich Timm, ehemaliger Audi-Manager und ausgewiesener Leichtbauexperte: „Solange wir noch selbst
fahren, wird es immer den Anspruch geben, Leichtbau umzusetzen“ (ab S. 8).
Insbesondere die Elektrifizierung des Antriebs-
strangs, um künftige CO2-Ziele zu erreichen,
Die Elektromobilität gibt dem Leichtbau neuen Schwung. „Dadurch
kommt zunächst einmal zusätzliches Gewicht
gibt dem Leichtbau ins Fahrzeug – in Form von Batterie, Leistungs-
neuen Schwung. elektronik und E-Motoren. Oder in Form des
Gehäuses, das die Batterie vor äußeren Einflüs-
sen bzw. einem Crash schützt“, erläutert Bernd
Mlekusch, Leiter des Audi-Leichtbauzentrums Neckarsulm. „Das stellt in Bezug auf die richtige Mate-
rialauswahl und Bauweise neue und besonders hohe Anforderungen an uns Karosserieentwickler.“
Weil der Hochlauf der Elektromobilität nun aber beschlossene Sache ist und sich reine Elektrofahrzeuge
mit den bisherigen Baukästen nicht optimal umsetzen lassen, arbeiten die OEMs intensiv an neuen
Fahrzeugarchitekturen. „Anderenfalls müsste man viel zu viele Kompromisse eingehen“, erklärt Mlekusch.
„Unser Ansatz lautet deshalb: Revolution im Konzept und Evolution im stofflichen Leichtbau. Das bietet
großes Potenzial – auch für die Zulieferer“ (ab S. 18).
Es bleibt also dabei: Der Aufwand für Leichtbau lohnt sich. Er wird als Effizienztechnologie auch künftig
eine bedeutende Rolle im Automobilbau einnehmen. Viel Spaß bei der Lektüre unseres Specials!
C L AU S - P E T E R KÖT H , C H E F R E DA K T E U R
» AU TO M O B I L I N D U S T R I E «
Die »AI«-Redaktion (v. re.):
Claus-Peter Köth, Jens
Scheiner, Christian Otto,
Thomas Günnel,
Wolfgang Sievernich.
AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016 3
I N H A LT
AUSGABE INSIGHT • 2016
Die Prozesste
chnik für Ve
ermöglicht u rbundwerks
ltraleichte S toffe „xFK in
trukturbaute 3D“
ile.
Ab Seite 54
3 Editorial
PERSPEKTIVEN
8 Wie man Leichtbau an die richtige Stelle bringt – auf dem
»Automobil Industrie«-Leichtbau-Gipfel wurde klar, dass es
dabei gilt, Denkmuster aufzubrechen
12 Impressionen vom »AI«-Leichtbau-Gipfel 2016
16 Lars Fredriksson von Altair zu den Vorteilen der simula-
tionsgetriebenen Entwicklung
S T R AT E G I E N D E R Z U L I E F E R E R
32 Leicht und serienreif: Brose forciert die Entwicklung von
glasfaserverstärkten Thermoplasten
35 ElringKlinger setzt auf Polymer-Metall-Hybride
37 Interview mit ElringKlinger-Chef Stefan Wolf: „Wir sehen
noch Potenzial“
Themenpartner dieser Ausgabe:
FERTIGUNG
38 Produktionskapazität erhöht: In Wackersdorf fertigt BMW
Bauteile aus CFK
40 Bis zu 50 Prozent leichter: Die Dachsysteme von Webasto
FOTO TITELSEITE: AMC
M AT E R I A L I E N
46 Interview mit Wolfgang Mitterdorfer und Peter Bernscher
von Voestalpine zu den Vorteilen des presshärtenden Stahls
4 AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016
www.automobil-industrie.de
48 Die direkte Warmumformung von verzinktem
Material ermöglicht große Stückzahlen an Karosse- S T R AT E G I E N D E R O E M S
riebauteilen
50 Mit Legierungen von Constellium wird Aluminium 6 BWM 7er: Leichtbau ist mehr als nur Gewichts-
hochfest verlust
54 Genial einfach: Die Faserverbund-Innovation 18 Audi R8 und Q7: Leichtbau als schwere Kunst
„xFK in 3D“ 22 Beim MX-5 hat Mazda bereits von Anfang an aufs
57 Die Autotest AG entwickelt sich zum Leichtbau- Gewicht geachtet
spezialisten 24 Cadillac machts vor: Benchmark aus Detroit
59 Interview mit Autotest-Firmengründer Josef Unter- 26 Daimler setzt auf intelligenten Materialmix
holzner: „Keine Angst, aber immer Respekt“
30 Porsche 911: Mehr Inhalt, weniger Gewicht
60 Tecosim und ABC arbeiten an der Industrialisierung
der Prozesstechnik „xFK in 3D“ 42 Mischbauweise und neue Fügeverfahren:
Volkswagens Diät für den neuen Passat
WISSENSCHAFT & FORSCHUNG 44 Der Jaguar F-Pace ist bei den SUVs Spitzenreiter
in Sachen Leichtbau
63 Bei der additiven Fertigung kann die Automobil-
industrie vom Flugzeugbau lernen 52 Alles gleich, nur leichter: Der Stoßfänger-Querträger
von Hyundai
65 Vorbild Natur – Leichtbau nach Art der Algen
Vogel Business Media
Vogel Automedien Media/Sales Vogel Business Media GmbH & Co. KG,
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AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016 5
STRATEGIEN DER OEMS
ARCHITEKTEN DES
LEICHTBAUS
Florian Schek, BMW-Leichtbauchef, eröffnete den diesjährigen
»Leichtbau-Gipfel« mit seiner Keynote – am Beispiel der
Karosserie des aktuellen 7er verdeutlichte er die Anforderungen an
den Leichtbau, deren Ziel mehr als nur Gewichtsverlust ist.
– VON THOMAS GÜNNEL –
BILDER: STEFAN BAUSEWEIN
Florian Schek, Leichtbauchef bei BMW, eröffnete den Leichtbau-Gipfel 2016 mit seiner Keynote „Composites – Strategien der OEMs“.
F
lorian Schek ist bei BMW verant- Carbon den Leichtbau tatsächlich verän- man ein technisches Gerüst und muss dort
wortlich für alle Leichtbauaktivitä- dert“. Als Beispiel verwies er auf den BMW ein technisches Konzept finden von kleinen,
ten – im März eröffnete er in Würz- 7er, bei dem die Leichtbau-Herausforderun- sehr kostensensitiven Fahrzeugen bis hin
burg den diesjährigen Leichtbau- gen nochmals anders seien. Denn: „Sie ver- zu Fahrzeugen, die wesentlich über ihre
Gipfel von »Automobil Industrie«: „Willkom- kaufen eine Luxuslimousine nicht deshalb, Eigenschaften geprägt sind. Leichtbau wird
men auf dem Leichtbau-Gipfel, und vielen weil sie besonders leicht ist.“ außerdem nicht mehr zum Selbstzweck ent-
Dank für die Möglichkeit, hier zu sprechen Eine weitere Herausforderung skizzierte schieden: Es ist ganz klar so, dass wir im
– es ist für uns inzwischen eine etablierte Schek mit Blick auf die Modulbaukästen der Hinblick auf die CO2-Flottenzielsetzungen
Veranstaltung mit sehr kompetenten Part- Hersteller: „Es geht um Architekturen. Man agieren müssen. In den unterschiedlichen
nern“, sagte Schek. kann kein Fahrzeug singulär betrachten und Ländern müssen wir dabei auf die soge-
In seinem Vortrag ging er auf die faser- es hinsichtlich Leichtbauthemen optimie- nannten Zielsysteme achten: In Europa
verstärkten Kunststoffe ein und darauf, „wie ren. Über mehrere Sequenzen hinweg hat haben wir zum Beispiel ein gewichtsbasier-
6 AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016
tes Zielsystem. In den USA gibt es dagegen ausforderungen und Erfahrungen beim
ein footprint-basiertes Gewichtssystem für Verarbeiten faserverstärkter Materialien zu
die Flotten der OEMs – und da wirkt Leicht- bündeln, setzt BMW auf eine „Prozesskette
bau natürlich ganz anders.“ Carbon“. Dort arbeiten alle wichtigen Berei-
che wie Einkauf, Produktion und Entwick-
LIEFERANTEN SIND DIE EXPERTEN lung mit, um die interdisziplinären Aktivitä-
Es gehe aber nicht mehr nur darum, das ten zu koordinieren – projektunabhängig.
Karosseriegerippe leichter zu bauen, erklär- Dort entscheiden sich die Konzepte, die den
te Schek. Man müsse vielmehr am Gesamt- Fahrzeugprojekten angeboten werden. „Die-
fahrzeug arbeiten. Einen großen Anteil der se Prozesskette hat bereits dabei geholfen,
Optimierungen könne man mit kleinen Tei- Carbon jetzt in die Großserie zu bringen“,
len holen – und indem man gut mit seinen sagte Schek.
Lieferanten zusammenarbeite: „Gewichts-
„Carbon Core“ nennt BMW die Karosserie-
seitig kaufen wir gut die Hälfte des Fahr- EIGENES LEICHTBAUZENTRUM
konstruktion aus carbonfaserverstärktem
zeugs zu, und bei diesen Bauteilen sind die Kunststoff (CFK), Aluminium und Stahl Zusätzlich errichtet BMW am Standort
Lieferanten die Experten.“ beim aktuellen 7er. Landshut ein Leichtbauzentrum. Bis zum
Den Weg zur Konzeptentscheidung illus- Ende dieses Jahres soll es fertiggestellt sein.
trierte Schek ebenfalls am Beispiel des aktu- Dort sollen bis zu 160 Ingenieure interdiszi-
ellen 7er – dem ersten Großserienfahrzeug Materialeinsatz: „In einigen Bereichen ist es plinär und strukturübergreifend an künfti-
mit einer Carbonmischbauweise: „Warum sinnvoll, Stahl zu belassen. Besonders belas- gen Leichtbaukonzepten arbeiten – und
wollen wir Carbon einsetzen, was bringt tete Bereiche sollten hingegen durchaus mit zwar nicht nur an Faserverbundwerkstoffen,
das?“, sei eine wichtige frühe Frage gewe- Hightech-Materialien verstärkt werden“, sondern auch an konventionellen Leichtbau-
sen. Mit Blick auf die Struktur könne man erläuterte Schek das Vorgehen beim aktu- ansätzen, „die oft die bezahlbaren sind“. Das
die Karosserie unterteilen in den Bauklas- ellen 7er. Dessen Karosserie besteht aus Leichtbauzentrum beinhaltet ein Technikum
senbereich und den flächigen Bereich. Beide einem Mix drei wesentlicher Materialien: mit Anlagen für carbonfaserverstärkte
Bereiche haben sehr unterschiedliche Anfor- Stahl, Carbon und Aluminium. Kunststoffe und textile Halbzeuge sowie
derungen an die Konzepte und vor allem an eine Prototypenfertigung.
die Materialien. RAHMENBEDINGUNGEN BEACHTEN Daneben will der Automobilhersteller
So seien große Flächen in Carbon ausge- Um die Herausforderung der Fertigung im klassische Werkstoffe weiterentwickeln,
führt akustisch schwierig – in der Folge Werksverbund zu verdeutlichen, ging Schek etwa Kunststoffe, die laut Schek faserver-
müssten dann wieder Materialien zur zudem auf weitere Randbedingungen ein, stärkt künftig großes Potenzial haben. Hin-
Schallisolation zum Einsatz kommen, und die nichts mit dem Fahrzeug als solchem zu zu kommen Themen wie der 3D-Druck und
es sei fraglich, ob das Bauteil am Ende tat- tun haben: „Bei der Fertigung etwa in Indien das Flechten, „das aus unserer Sicht das
sächlich leichter ist. oder China muss man schon genau schauen, größte Potenzial bei Carbonfaseranwendun-
Deshalb müssen die unterschiedlichen wie man diese Hightech-Materialien quali- gen hat“, sagte Schek. Im Mittelpunkt künf-
Materialien an den diversen Stellen einsetz- tätssicher umgesetzt bekommt. Diese tiger Leichtbaukonzepte stehe der spezifi-
bar sein. „Das gelingt nur, wenn man heute Anforderungen, die aus dem gesamten sche Produktnutzen. Es komme darauf an,
mit den Fügetechniken in den Werksstruk- Netzwerk kommen, aus Einkaufsstrukturen welches Ziel man erreichen will: „Wir sind
turen sehr weit ist“, erklärte Schek. „Ent- oder Länderforderungen – all das bestimmt nicht mit bestimmten Materialkonzepten
sprechend haben wir viele technische Kon- die Materialauswahl und führt zu den heu- fest verbunden – es kommt im jeweiligen
zepte verglichen, bei denen man auch klas- tigen Mehrmaterialstrukturen.“ Um die Her- Fall darauf an, was sinnvoll ist.“ ‹
sisch mit Vollstahl startet. Neue Legierun-
gen bringen hier bereits große Leichtbaupo-
tenziale mit. Wir haben dann die Möglich-
keiten durchgespielt, bis hin zu einem J Daten zur Karosseriekonstruktion Carbon Core
selbsttragenden CFK-Gerippe – nach unse-
ren Erfahrungen mit i3 und i8 eigentlich die
• Drei unterschiedliche Materialien sind miteinander verbunden
erste Wahl. Wir mussten jedoch beachten,
dass die neue Fahrzeugstruktur vom 3er bis • Vier unterschiedliche Carbontechniken
zum 7er und über die X-Modelle gespreizt • Drei unterschiedliche Aluminiumtechniken
ist, und dass wir in einem Werksverbund • Carbonfasern mit 100 Prozent regenerativer Energie hergestellt
mehrere Fahrzeuge auf der gleichen Linie • Aluminiumkomponenten aus 50 Prozent recyceltem Material
fertigen wollen. Außerdem ist der Voll-CFK- • Karosseriegewicht: 323 kg
Ansatz eher für Fahrzeuge wie den i8 inte-
• Gewichtsreduzierung: 40 kg
ressant, bei dem der Verbrennungsmotor
hinten eingebaut ist und somit zum Beispiel • Carbonbauteile: 16
auch vorne keine Abgasgeräusche übertra- • Aluminiumbauteile: 11
gen werden.“ Diese Aspekte bestimmen den
AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016 7
PERSPEKTIVEN
Auch in diesem Jahr diskutierte auf dem »AI«-Leichtbau-Gipfel ein Expertenkreis über die Herausforderungen in Sachen Leichtbau.
„GELERNTE LASTEN-
HEFTE HINTERFRAGEN“
Ein Expertenkreis ging auf dem »Automobil Industrie«-Leichtbau-Gipfel
der Frage nach, wie der Leichtbau an die richtige Stelle
zu bringen ist. Dabei wurde deutlich: Es gilt immer wieder,
bestehende Denkmuster aufzubrechen.
– VON CHRISTIAN OTTO –
D
er Trend im Leichtbau geht zur des »Automobil Industrie«-Leichtbau-Gip- Herr Schek, auch wenn über alle Fahr-
Multimaterialbauweise. Doch wie fels Mitte März. zeugklassen der Bedarf an Leichtbau gege-
bringen die Verantwortlichen bei Unter Leitung von »Automobil ben ist, wird ein BMW 3er immer einen
Herstellern und Zulieferern die Industrie«-Chefredakteur Claus-Peter Köth anderen Materialmix haben als ein BMW
richtigen Materialien beziehungsweise das tauschten sich sechs Teilnehmer (s. Kasten 5er oder 7er. Welche Randbedingungen
richtige Leichtbaukonzept in der richtigen auf S. 10) in einer angeregten Diskussions- entscheiden über das richtige Leichtbau-
Menge an die richtige Stelle im Fahrzeug? runde aus. Die erste Frage ging an Florian konzept?
Mit dieser übergeordneten Frage beschäf- Schek, der bei der BMW Group den Bereich Diese Bedingungen definieren wir in unse-
tigte sich die diesjährige Podiumsdiskussion Leichtbau verantwortet. rem Haus zunächst über die Eigenschaften
8 AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016
des Fahrzeugs. Das heißt: Was möchte ich
mit dem Fahrzeug erreichen? Natürlich
schauen wir bei der Wirtschaftlichkeitsbe-
trachtung auch auf die Fahrzeugklasse. In
der Oberklasse werden sie immer mehr
Leichtbaukonzepte finden als in Kleinwa-
gen. Das dritte Thema ist die Frage: Wo und
in wie vielen Werken produzieren wir die
Fahrzeuge mit Leichtbaulösungen? Diese
BILDER: STEFAN BAUSEWEIN
Herausforderungen beeinflussen die Leicht-
baukonzepte unserer Fahrzeuge. Man
beginnt mit einem rein technischen Konzept
und muss sich am Ende des Tages wegen
der wirtschaftlichen Betrachtung ein gutes
Stück davon entfernen.
Herr Dr. Hillebrecht, warum sehen wir so
wenige neuartige Fahrzeugkonzepte mit Florian Schek blickte aus der Perspektive des Premiumherstellers auf die Diskussion und
leichten Rahmenstrukturen wie die BMW- erhielt bei seinen Ausführungen viel Aufmerksamkeit.
i-Modelle oder den Alfa Romeo 4 C?
Aus Kostengründen sind Rahmenstruk-
turen eher Fahrzeugen vorbehalten, die in Frau Dr. Hack, teilen Sie diese Ansicht? bale Verfügbarkeit wichtig. Wir kämen in
Kleinserie gefertigt werden. Bei solchen Ich kann da zu hundert Prozent zustim- Schwierigkeiten, wenn wir diese Materialien
Strukturen spielt die Fahrdynamik eine her- men. Zum einen muss es der richtige Werk- und Technologien nicht in allen Regionen
ausragende Rolle – anders als in der Mas- stoff sein, und zum anderen muss die Ver- abbilden könnten.
senproduktion. Jeder Stoff muss hier sein arbeitung genau auf ihn abgestimmt wer- Frau Dr. Hack, ist die Derivatevielfalt
Bestes geben; es handelt sich um hochinte- den. Da gibt es keinen guten und keinen durch die modularen Baukastenansätze
ressante Leichtbauweisen. schlechten Werkstoff, sondern jeder muss nicht eine zusätzliche Herausforderung für
Herr Dr. Heber, welche Chancen bieten den richtigen für sich finden. Beispielsweise den Leichtbau?
wiederum die Faserverbundwerkstoffe? muss VW an große Volumina denken und Es ist vor allem eine Herausforderung für
Was die Funktion angeht, bieten sich die unterschiedlichen Fertigungsstandorte die Hersteller. Das Problem sind gerade die
hier enorme Chancen. Mit Faserverbund- beachten, bis hin zum Einsatz von sehr spe- großen und globalen Plattformen. Deshalb
werkstoffen kann man eine wesentlich zifischen Werkstoffen und Fügeverfahren. müssen die unterschiedlichen Technologien
größere Breite an Funktionen integrieren Es gibt immer mehr Möglichkeiten. Die gro- so robust sein, dass man sie überall einset-
als mit klassischen, metallischen Bauwei- ße Kunst wird es sein, das Passende heraus- zen kann. Denn realistisch gesehen kann
sen. Aber auch in der Fertigung lassen sich zufiltern. sich bei großen Plattformen ein scheinbar
Kosten sparen: wenn man nämlich über die Dr. Wesemann, gibt es bei Ford Rahmen- kleines finanzielles Risiko zum Desaster
Kombination mehrerer Verfahren ein hohes bedingungen, von denen wir noch nichts auswachsen. Das ist eine relativ hohe Ein-
Maß an Bauteilintegration erreicht: Wir gehört haben? trittshürde. Ein weiteres Hindernis kann sich
konnten schon die bei der klassischen Beim Thema Material ist den internatio- ergeben, wenn eine Plattformen schon rela-
Karosserie verbauten rund 300 Bauteile um nal operierenden OEMs natürlich eine glo- tiv lange läuft. Das erschwert es, das ein
etwa 50 Bauteile reduzieren. Das rechtfer-
tigt dann auch ein Stück weit den Mehr-
preis für die Faserverbundwerkstoffe. Was
den Konzeptleichtbau angeht, sollte man
sich gelegentlich zurücklehnen und alle
Konzepte, die man so kennt, über den Hau-
fen werfen. Will man etwas erreichen,
muss man dem Werkstoff möglichst neu-
tral gegenüberstehen. In eingefahrenen
Strukturen ist so etwas kaum möglich.
BMW hat das jedoch mit dem i3 geschafft.
Herr Timm, welche Voraussetzungen
müssen erfüllt sein, um neue Materialien
einsetzen zu können?
Zum einen müssen die Entwickler die
Materialspezifika wirklich kennen. Zum
anderen müssen sie die bekannten Techno- Dr. Jürgen Wesemann bereicherte die Runde durch den Blickwinkel des Volumenherstellers,
logien richtig einsetzen. der Leichtbau global denken muss.
AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016 9
PERSPEKTIVEN
Florian Schek (BMW) forderte die Lieferan- Frau Dr. Christina Hack (Brose) identifizier- Laut Heinrich Timm (CceV) wird der Leicht-
ten auf, aktiv mit neuen Leichtbaukonzep- te die globalen Fahrzeugplattformen als bau trotz aller aktuellen Megatrends auch
ten auf die OEMs zuzugehen. eine wesentliche Herausforderung. zukünftig ein wesentliches Thema bleiben.
oder andere Innovationspflänzchen zu pfle- Der wesentliche Punkt ist: Man kommt Randbedingungen, die sich im System ver-
gen. Gleiches gilt, wenn der Produktions- mit den Ideen zu einem Zeitpunkt zum ändert haben oder noch verändern, einbe-
start schon lange zuvor bekannt ist. Dann OEM, zu dem man selber schon weiß, wovon ziehen und zu einer optimalen Lösung kom-
muss man als Zulieferer den richtigen Ein- man spricht, aber das ganze Thema noch men.
trittspunkt finden. Es wäre schön, wenn die Möglichkeiten bietet, gemeinsam zu wach- Herr Dr. Hillebrecht, welche Erfahrungen
OEMs ihre Zulieferer schon frühzeitig ein- sen. Denn viele gute Konzepte stellen Rah- haben Sie als Vertreter eines Engineering-
beziehen, und zwar entlang der gesamten menbedingungen auch auf den Kopf. Da Dienstleisters gemacht?
Wertschöpfungskette. Und es wäre emp- muss man sich am Anfang ein wenig Ein Erfolgsfaktor ist es, sich in den Inno-
fehlenswert, neue Leichtbauansätze zu- zusammenraufen, weil der technische vationsprozess einzubringen und sich nicht
nächst an einem der ersten Fahrzeuge einer Ansatz teilweise anders ist als das bisherige nur als Lieferant des OEM zu sehen. Das
neuen Plattform anzuwenden, das ein über- Vorgehen. Eine gewisse Vorleistung muss erfordert natürlich die Fähigkeit und
schaubares Volumen haben wird. Dann ist man aber immer erbringen, und vor allem Bereitschaft, sich mit den funktionellen
das Risiko geringer, und der dort gestartete nicht zu spät kommen. Denn nur dann kön- Anforderungen in der Entwicklung proaktiv
Ansatz kann gemeinsam vom Zulieferer und nen OEM und Zulieferer die wesentlichen auseinanderzusetzen. Auf Basis eines
OEM weiterentwickelt werden, um ihn dann gewissen Technologievorsprungs muss
in der Breite auszurollen und zur Standard- man als Lieferant teilweise auch in Vorleis-
technologie umzuwandeln. tung gehen. Das ist eine Win-win-Situati-
Herr Schek, wie geht man mit den Fahr- on: Was für den einen Innovationen sind,
zeugarchitekturen um, damit sie nicht
J Die Teilnehmer sind für den anderen wettbewerbsrelevan-
Leichtbauinnovationen verhindern? te, neue Geschäftsmodelle. Es ist ein Pro-
Für uns ist die Zusammenarbeit mit den Florian Schek zess des Gebens und Nehmens und ent-
Lieferanten ein Topthema: Sie haben viel Leiter Leichtbau und Gewicht der scheidend dafür, ob ein Unternehmen für
Know-how. Nicht jeder OEM muss jede ein- BMW Group die nächsten Jahre gut aufgestellt ist.
zelne Komponente oder jedes einzelne Teil Dr. Christina Hack Herr Timm, in welchen Bereichen lässt
selbst herstellen und die Vorentwicklung Leiterin Vorentwicklung der Brose- sich noch das höchste Leichtbaupotenzial
betreiben. Entsprechend muss man frühzei- Gruppe heben?
tig zusammenarbeiten. Für die OEMs lohnt Dr. Jürgen Wesemann Ich würde weiterhin die Karosserie als
es sich, über die Anforderungen nachzuden- Leiter Vehicle Technologies & Mate- Komponente betrachten, in der viel Leicht-
ken, die sich über die Jahre entwickelt haben. rials bei Ford baupotenzial steckt. Beim Leichtbau sind
Es gilt gelernte Lastenhefte zu hinterfragen. Dr. Martin Hillebrecht teilweise noch Quantensprünge möglich.
Anforderungsmanagement ist ein großes Leiter Werkstoffe und Technologien Dr. Heber, wo sehen Sie das größte
Thema, und die Lieferanten können hier der EDAG GmbH Leichtbaupotenzial?
auch eigene Ansätze vorstellen. Ich möchte Dr. Thomas Heber Neben der Karosserie gibt es im Fahrzeug
die Zulieferer auch ermutigen, aktiv mit Institut für Leichtbau und Kunst- diverse Bereiche, wo Gewicht eingespart
ihren Ideen auf uns zuzukommen. stofftechnik TU Dresden werden kann – beispielsweise beim Fahr-
Herr Schek fordert die Lieferanten auf, Heinrich Timm werk. Wir sollten immer auf das Gesamtpa-
aktiv auf die Hersteller zuzugehen. Frau Dr. Mitglied des Vorstands Carbon ket blicken. Generell gilt: Jede Masse, die
Hack, haben Sie hier schon positive Erfah- Composites e. V. bewegt wird, ist eine Masse, die man sich
rungen gemacht? ansehen sollte.
10 AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016Dr. Jürgen Wesemann (Ford) betrachtet die Dr. Martin Hillebrecht (EDAG) sieht die Lie- Dr. Thomas Heber (TU Dresden) plädierte
globale Verfügbarkeit des Leichtbaumateri- feranten auch in der Pflicht, beim Leichtbau für eine maximale Neutralität gegenüber
als als eine Hürde für den breiten Einsatz. in Vorleistung zu gehen. dem Werkstoff.
Frau Dr. Hack, ein aktuelles Thema sind die Teile ausgesetzt sind. Wir haben unter- tern gilt und der heute noch fehlende Qua-
Leichtbaupotenziale aufgrund additiver schiedliche Erfahrungen gemacht: Teilwei- litätsüberwachungsprozess. Daneben gibt
Fertigungsverfahren. Welche Entwicklun- se halten die additiven Teile besser. Lang- es noch die Herausforderung, die Prozesse
gen erwarten Sie auf diesem Gebiet? fristig, wenn wir an den Fertigungszeiten zu beschleunigen, damit die Anwendungen
Auch hier gilt es differenziert zu betrach- und -verfahren arbeiten, bieten sich hier schnell und robust laufen. Was mir Hoff-
ten. Beim Thema additive Fertigung wer- aussichtsreiche Herstellungsmöglichkei- nung macht, ist die Vielzahl von Forschun-
den die verschiedenen Verfahren teilweise ten. Was wir nicht vergessen dürfen, ist das gen. Gerade aus Deutschland kommen star-
in einen Topf geworfen. Jedes einzelne Thema Qualität: Ich kenne keine wirklich ke Impulse. In den nächsten drei Jahren wird
sollte aber für sich betrachtet werden. Die serienmäßig verfügbaren Qualitätssiche- sicher noch viel passieren.
metallbasierten Verfahren etwa ähneln den rungssysteme im Polymerbereich. Die Herr Timm, derzeit haben wir ja noch
aus Guss hergestellten Teilen. Hier kann brauchen wir aber. andere Megatrends, wie die Vernetzung
man sich in Kleinserie gefertigte Teile in Herr Dr. Hillebrecht, Sie haben bezüglich oder Industrie 4.0. Besteht die Gefahr, dass
absehbarer Zeit sicher vorstellen. Ein wei- der additiven Fertigung auch schon einige deshalb der Leichtbau womöglich in den
teres Verfahren ist die additive Fertigung Erfahrungen gesammelt. Wie sehen Sie die Hintergrund gedrängt wird?
mittels Polymeren. Wir selber setzen bei Situation? Fahrzeuge sind heute emotionale Produk-
Brose solche Teile in großen Mengen bei- Die Hauptbaustellen sind jene, die Frau te, und zur Emotionalität gehört die Dyna-
spielsweise für Funktionsmuster ein. Hier Hack schon benannt hat, nämlich die einge- mik. Deshalb bin ich der Überzeugung:
gilt es zu überlegen, welchen Belastungen schränkte Werkstoffpalette, die es zu erwei- Solange man noch selbst fährt, wird es auch
immer den Anspruch geben Leichtbau
umzusetzen.
Herr Dr. Wesemann, wie sehen Sie die
Konkurrenz durch andere Trends?
Ich sehe das ebenfalls unkritisch. Das
Thema Industrie 4.0 bringt beispielsweise
ein Bündel von neuen Technologien, wie die
angesprochene additive Fertigung. Von die-
sen Ansätzen können wir bei unserer Arbeit
profitieren. Leichtbau hat also definitiv eine
Zukunft, da es dort noch erhebliche Poten-
ziale gibt.
Herr Schek, gibt es bei BMW Tendenzen,
beim Leichtbau zu sparen?
Themen wie das autonome Fahren oder
die zunehmende Elektrifizierung kommen
auf die bestehenden Anforderungen an die
Fahrzeugarchitektur noch oben drauf. Die
zusätzlichen Systeme machen den Leicht-
Dr. Thomas Heber verwies darauf, dass jede Masse, die im Fahrzeug bewegt wird, auf ihr bau weiterhin notwendig, um Lastgrenzen
Leichtbaupotenzial untersucht werden muss. einzuhalten. ‹
AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016 11PERSPEKTIVEN
LEICHTBAU AN DER
RICHTIGEN STELLE
Mitte März trafen sich die Wegbereiter des Leichtbaus in Würzburg zum
Know-how-Austausch. Die übergeordnete Frage: Wie bringt man den
Leichtbau an die richtige Stelle? Referenten und Teilnehmer aus Indust-
rie und Hochschulen diskutierten hierzu Strategien und Perspektiven.
– V O N C AT H A R I N A L E Y B O L D –
BILDER: STEFAN BAUSEWEIN – ©SAKDA2527/FOTOLIA.COM
Florian Schek (BMW Group) zeigte anhand des Jürgen-Werner Becke (Volkswagen AG) befass- Anthony Riley (Jaguar Land Rover) präsentier-
neuen BMW 7er, wie faserverstärkte Kunst- te sich mit dem innovativen Stahlleichtbau am te mit dem neuen F-Pace die Aluminiumstra-
stoffe die Leichtbauprozesse verändern. Beispiel des VW Passat. tegie von Jaguar.
12 AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016Exklusive Live-Demonstration der
patentierten Faserverbund-Inno-
vation „xFK in 3D“ – von der Idee
zum fertigen Bauteil.
Peter Sander (Airbus) gab in der Abschluss-Key-
note Einblicke in den 3D-Druck im Flugzeugbau.
Dr. Carsten Rink (Constellium) präsentierte Dr. Jerome Coulton (Hyundai) referierte über Stoß- Jonas Adolfsson (SSAB) zeigte die kosteneffi-
Aluminiumlösungen für die Branche. fängerquerträger aus faserverstärktem Kunststoff. ziente Stahlstrategie des Zulieferers SSAB.
Dr. Markus C. Hahn (Mazda) stellte den neuen Vertiefende Fachsessions boten zusätzlich Gelegenheit zur Diskussion. Die Schwerpunkte: Materialien,
MX-5 und dessen Leichtbaukonzept vor. Technologien, Fertigung, Komponenten, Antrieb & Fahrwerk sowie Interieur.
Vis-a-vis mit den Refe-
renten im Gespräch –
das ermöglicht die
„Meet & Talk Area“.
AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016 13PERSPEKTIVEN Produkte, Projekte, Forschung: Leichtbau- kompetenz zum Anfassen in der Leichtbau City. 14 AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016
Leichtbau-Campus: Beachtenswerte Ansätze aus
Forschung und Lehre.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raum- Ebenfalls auf dem Campus vertreten: das Die Bergische Universität Wuppertal setzte
fahrt e. V. (DLR) stellte sehr ansprechend Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit ihre Leichtbauideen am Stand gekonnt in
die eigenen Ideen vor. und Systemzuverlässigkeit LBF. Szene.
Geführter Rundgang über den Leichtbau-Campus: Hier stellten sich die Aussteller vor und Die Vertreter des Büsgen-Instituts der Uni-
regten zur Diskussion an. versität Göttingen waren sehr gefragt.
Exklusives „Gipfeltreffen“ am Abend:
Netzwerken par excellence im beeindruckenden
Ambiente der alten Posthallen in Würzburg.
AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016 15PERSPEKTIVEN
SMART ENTWICKELN
Die simulationsgetriebene Entwicklung ermöglicht neue Ansätze im
automobilen Leichtbau. Welche Barrieren diese Verfahren haben und
wie sie sich überwinden lassen, erklärt Dr. Lars Fredriksson, Director
Product Design bei Altair Europe.
– VON THOMAS GÜNNEL –
D
ie Entwicklungsanforderungen an im automobilen Leichtbau. Ein Weg ist dem- numerische Optimierung ausgearbeitet, von
Leichtbaukomponenten wachsen. nach die simulationsgetriebene Entwick- der Konstruktion bewertet, umgesetzt und
„Wir sehen höhere Anforderungen lung. Obwohl sich diese Methode inzwischen anschließend im CAE überprüft und bewer-
an die Produkte und deren Entste- oft bewährt habe, sei man ihr gegenüber in tet. Dabei können wir uns eine große Anzahl
hungsprozesse, wir müssen mehr und viel- Entwicklungsabteilungen noch skeptisch. möglicher Designs berechnen lassen – und
fältigere Ziele erreichen. Deshalb brauchen Fredriksson grenzte in seiner Präsentati- diese anschließend automatisch oder halb-
wir neue Wege, um schneller, effektiver und on auf dem »Leichtbau-Gipfel« ab, was für automatisch kategorisieren und bewerten“,
‚smarter‘ zu entwickeln“, beschrieb Dr. Lars Altair simulationsgetriebene Entwicklung erläuterte er den Ansatz. Anschließend
Fredriksson, Director Product Design bei tatsächlich bedeutet: „Die Verbesserungs- wähle man gemeinsam mit der Konstrukti-
Altair Europe, aktuelle Herausforderungen vorschläge werden systematisch durch onsabteilung die erfolgversprechenden Vari-
anten aus – mit denen dann die Entwicklung
weitergehe.
Fredriksson verdeutlichte, wie sich die
Bauteilkonstruktion und Simulation zusam-
menführen lassen: Um Konstruktion und
Simulation zu integrieren, muss dass CAE
der Konstruktion zu jedem Entwicklungs-
zeitpunkt rechtzeitig und aussagekräftig
Antworten auf entscheidende Entwick-
lungsfragen liefern können – innerhalb
akzeptabler Zeiträume. In der Konzeptpha-
se kann es sich dabei auch nur um Stunden
handeln. Nur so ist es laut Fredriksson mög-
lich, dass Konstruktion und Simulation
gemeinsam an einer Lösung arbeiten und
diese iterativ reift. Mittels Optimierungen
entstehen weitere Konstruktionsvorschlä-
ge, die Konstruktion und CAE gemeinsam
bewerten. So lassen sich Alternativen mit-
einander vergleichen, Zielvorgaben kritisch
durchleuchten und hinterfragen – um die
richtigen Entscheidungen zu treffen und
deren Design zur Serienreife zu entwickeln.
Um die Konstruktion in dieser Weise aktiv
zu unterstützen, sind für Fredriksson zwei
Schritte wichtig: Die Zusammenarbeit zwi-
BILD: STEFAN BAUSEWEIN
schen Konstrukteuren und Berechnungsin-
genieuren müsse es erlauben, innerhalb der
Randbedingungen der Konstruktion syste-
matisch eine Lösung zu suchen und mittels
Optimierung umzusetzen. Außerdem seien
Werkzeuge notwendig, die auf numerische
Dr. Lars Fredriksson: „Wir brauchen neue Wege in der Entwicklung.“
16 AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016Der Träger aus Vollmate-
rial (links) und die bio-
nisch optimierte Varian-
te. Die Gewichtsersparnis
BILD: LEIBER
beträgt rund 55 Prozent.
Optimierung bauen und die die Konstruk- In einer Schritt-für-Schritt-
teure effizient benutzen können. Vorführung erstellte er das Bau-
Werkzeuge sind hier effiziente Soft- teil, das er zudem als physisches
wareprodukte, Methoden und Prozesse, die Modell dabei hatte. Änderungen
BILD: LEIBER
das Prinzip der simulationsgetriebenen Ent- im Bauteil, zum Beispiel substituier-
wicklung unterstützen. Das Arbeitsmodell, te Werkstoffe oder weitere
in dem sich solche Werkzeuge sehr gut nut- Lagerpunkte, verdeutlichten den
zen lassen, ist laut Altair das „Optimization Funktionsumfang des Pro-
Center“. Es eignet sich unter anderem dazu, gramms. Die Teilnehmer erhiel-
Bauteile und Systeme systematisch zu ten so einen realistischen Einblick
bewerten und nach bestimmten Kriterien in die Möglichkeiten der Software und
zu optimieren. Dabei bewertet sie für jedes den Ablauf der Bauteiloptimierung. Die bionische Optimierung per Software
Bauteil das Potenzial für eine umfassende Ein bekannteres Beispiel für das Design ermöglicht auf den Kraftverlauf zugeschnit-
tene Bauteile – die so deutlich leichter aus-
Verbesserung, zum Beispiel hinsichtlich des für additive Fertigung mittels Topologie- fallen. Im Bild: Eine Kraftverlaufssimulati-
Gewichts oder der Funktionen, und erstellt optimierung ist das Konzeptfahrzeug „Light on eines Trägers für ein Luftfederpaket in
eine Rangliste nach internen Kriterien. Cocoon“ des Entwicklungsdienstleisters „solidThinking inspire“.
Abhängig von der Rangfolge optimiert das EDAG. Seine verästelte Trägerstruktur und
Programm die Bauteile und Systeme, setzt das insgesamt bionisch anmutenden
sie anschließend virtuell um und berechnet Erscheinungsbild sind das Ergebnis soft- anschließend mit den zu erwartenden Las-
die Werte erneut. warebasierter Optimierung mit Altair tenfällen belegt. Diese waren Torsions- und
„Optistruct“. Die Gewichtseinsparung Biegemomente der Karosserie, Lasten zur
BIONISCH KONSTRUIEREN gegenüber einem traditionellen Konstruk- Betriebsfestigkeit, Missbrauch-Lastfälle
Wie das praktisch funktioniert, zeigte tions- und Fertigungsansatz ist enorm: sowie Crash-Lasten. Mit diesen Vorgaben
Manfred Dienes von der Altair Engineering Allein die Motorhaube verlor über 25 Pro- optimierte der Hersteller die Struktur und
GmbH. In seinem Workshop „Bionische Ins- zent Gewicht. Aber auch in anderen Berei- berücksichtigte gleichzeitig die fertigungs-
piration für die Konstruktion“ verdeutlichte chen des Fahrzeugs kamen neue Entwick- technischen Randbedingungen, in diesem
Dienes anhand eines von Leiber für Daimler lungs- und Fertigungsansätze zum Einsatz, Fall für die additive Fertigung. Das Ergebnis
Trucks entwickelten Trägers für ein Luftfe- etwa in der A-Säule. Bei der Auslegung ist eine hocheffiziente und bionisch anmu-
derpaket live, wie sich das Bauteil mittels dieser Komponente, insbesondere bei den tende Struktur der Verbindungsknoten, die
Software simulieren und sein Gewicht opti- kritischen Verbindungsknoten zur Karosse- auch dank der additiven Laserfertigung ein
mieren lässt. Wichtig war für die Ingenieure rie, setzten die Ingenieure auf Funktionsin- ausgewogenes Verhältnis aus Steifigkeit,
demnach, dass die Software leicht zu bedie- tegration, bionische Optimierung und addi- Festigkeit und Gewicht zeigt. Das Projekt
nen ist, „weil nicht jeder Konstrukteur täg- tive Fertigung. Dazu wurde zunächst der war ein Gemeinschaftsprojekt von EDAG,
lich Optimierungen durchführt“, erklärte mögliche Bauraum der beiden Verbindungs- dem Laser Zentrum Nord, Concept Laser und
Dienes. knoten als Optimierungsraum definiert und der BLM Group. ‹
AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016 17STRATEGIEN DER OEMS
J AUDI Q7
Multimaterialkarosserie
Ultrahochfeste Stähle (warmumgeformt)
Konventionelle Stähle
Aluminiumprofil
Aluminiumblech
Aluminiumguss
BILDER: AUDI
Allein die Karosserie des Q7 spart mit ihrer Multimaterialbauweise
bis zu 71 Kilogramm ein.
SCHWERE KUNST
Der Supersportler R8 und das große SUV Q7 stehen exemplarisch
für die Leichtbaustrategie der Audi AG: Das richtige Material an der
richtigen Stelle in der richtigen Menge.
– VON CL AUS -PETER KÖTH –
L
eichtbau ist eine schwere Kunst – nennt er den neuen Q7, wo der Leichtbau ren Radaufhängung. Der Antriebsstrang
direkt zahlt der Endkunde im „nor- wesentlich zum niedrigen CO2-Ausstoß bei- schlägt mit 20 kg zu Buche, die Abgasanla-
malen“ Pkw nicht dafür, indirekt trägt, auch wenn er nicht den größten Anteil ge mit 19 kg.
schon: für die bessere Quer- und an der CO2-Reduzierung hat. Die Sitzanlage notiert mit knapp 19 kg
Längsdynamik, für einen niedrigeren Ver- Als 3.0 TFSI wiegt das große SUV exakt Ersparnis, der Modulquerträger unter der
brauch, die höhere Sicherheit oder für eine 1.970 Kilogramm, als 3.0 TDI 1.995 kg. Im Instrumententafel mit 3,5 kg und der Lade-
Individualisierung in der Außenhaut. Vergleich mit dem Vorgängermodell sind boden mit 4 kg. Die Radbremsen steuern
Bei Audi leistet der Leichtbau als Effizi- das je nach Ausstattung bis zu 325 kg weni- 8,5 kg bei, die Verkabelung 4,2 kg, die
enztechnologie einen wichtigen Beitrag zur ger Gewicht. Allein die Karosserie spart mit Motorkühlung 8,7 kg und der 3.0-TDI-Motor
CO2-Reduzierung, neben vielen anderen ihrer Multimaterialbauweise bis zu 71 kg ein. 2,5 kg. Das Bremspedal besteht aus Alumi-
Verfahren. „Es muss grundsätzlich an jeder Die Türen, die wie die komplette Außenhaut nium – Gewichtsersparnis: 1.010 Gramm (s.
Stellschraube gedreht werden, denn das und die Klappen aus Aluminium bestehen, Grafik auf S. 19).
Gesamtgewicht ist entscheidend“, bekräf- wiegen 24 kg weniger. Auch im Fahrwerk Geht der Leichtbau weg von der Karosse-
tigt Dr. Olaf Köhler, Leiter Leichtbau/Fahr- hoben die Entwickler große Potenziale – 27 rie, in Richtung Komponenten? „Grundsätz-
zeuggewichte der Audi AG. Als Beispiel kg bei der vorderen und 40 kg bei der hinte- lich geht es uns um ein ausgewogenes Ver-
18 AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016hältnis. Es bringt ja nichts, wenn Sie in der
Karosserie übermäßig viel Geld ausgeben
für Leichtbaumaßnahmen, aber auf der
anderen Seite bei den Komponenten Poten-
zial liegen lassen“, sagt Köhler. Nur dieser
ganzheitliche Ansatz bringe den optimalen
Kundennutzen.
Generell ist der Leichtbaubedarf in der
Ober- und Luxusklasse wegen des höheren
Bedarfs an Komfortausstattung, bezie-
hungsweise bei den Sportwagen wegen der
höheren fahrdynamischen Anforderungen
größer als in den Volumensegmenten. Neue
Dr. Olaf Köhler, Leiter Dr. Bernd Mlekusch, Leiter Frank Venier, Strategie- und
Leichtbaumaterialien und -konzepte werden Leichtbau/Fahrzeuggewich- des Audi-Leichtbauzent- Innovationsmanager im ALZ
folglich „top down“ ausgerollt. „Federbein- te der Audi AG. rums (ALZ) in Neckarsulm. Neckarsulm.
aufnahmen aus Aluminium-Druckguss
waren in der Vergangenheit zum Beispiel
dem Audi A8 vorbehalten. Heute finden Sie den Audi Space Frame (ASF) des aktuellen tigung findet er darin, dass die Audi-Kon-
das in jedem Audi A4, nicht zuletzt auch, R8. Er wiegt nur 200 Kilogramm – noch ein- zepte sehr oft kopiert würden, im Gegensatz
weil die Bauteile durch die höheren Stück- mal zehn Kilogramm weniger als bisher – zu manchen Wettbewerbsbeispielen.
zahlen günstiger geworden sind“, erläutert obwohl er extrem steif und crashsicher ist. Der ASF des R8 ist zu 79 Prozent aus Alu-
Dr. Bernd Mlekusch, Leiter des Audi Leicht- „Wir sind überzeugt von unserer Strategie: minium und zu 13 Prozent aus kohlenstoff-
bauzentrums (ALZ) in Neckarsulm. Das richtige Material an der richtigen Stelle faserverstärktem Kunststoff. Aus CFK
Um zu beurteilen, was das Kilogramm in der richtigen Menge. Das ist unserer Über- bestehen die Rückwand, der Mitteltunnel
Leichtbau kosten darf, ermittelt Audi pro zeugung nach der effektivste Ansatz – mit und die dreiteiligen B-Säulen. „Das neue
Fahrzeug den Leichtbaugrad. Welche Abtei- Blick auf Leichtbau, Steifigkeit und Wirt- Material findet genau dort Anwendung, wo
lung dann in welchem Maße zur Gewichts- schaftlichkeit“, betont Mlekusch. Die Audi- es noch bessere Ergebnisse erzielt als Alu-
reduktion beiträgt, entscheidet ein über- Modelle seien beim Leichtbauindex – dem minium“, erklärt Frank Venier, Strategie-
greifender Fachbereich. Karosseriegewicht bezogen auf die Torsions- und Innovationsmanager im ALZ Neckar-
steifigkeit des Fahrzeugs – in der Regel sulm. Je nach Einsatzort unterscheiden sich
SEHR OFT KOPIERT Benchmark. „Eine Neuheit, nur um der Neu- die CFK-Bauteile im Aufbau erheblich: Im
Den Vorwurf, man sehe zu wenige, neu- heit willen oder aus Marketingaspekten Querträger der Rückwand etwa, wo es
artige Rahmenkonzepte mit leichten Auf- ohne ausreichenden Kundennutzen – das ist hauptsächlich um maximale Festigkeit in
bauten, kontert Audi mit dem Verweis auf nicht unser Anspruch“, so Mlekusch. Bestä- Querrichtung geht, sind die Gewebelagen
vorwiegend unidirektional ausgerichtet. Bis
zu 14 von ihnen liegen übereinander, als fünf
Millimeter starke Schicht mit einer sehr
J GEWICHTSREDUKTION BEIM AUDI Q7 3.0 TDI QUATTRO hohen Zugfestigkeit von 2.000 Megapascal
Die wichtigsten Details im fertigen Bauteil. In den B-Säulen-Verstär-
kungen hingegen sind die Lagen in alle Rich-
Modulquerträger -3,5 kg tungen orientiert, um Belastungen in Längs-
Motorkühlung
-8,7 kg Sitze -18,7 kg Multimaterialkarosserie -71 kg und Querrichtung aufnehmen zu können.
Motor
„In der frühen Entwicklungsphase gibt es
Tanksystem mit Inhalt -46 kg
-2,5 kg verschiedene Ansätze, wo der jeweilige
Verka- Werkstoff am besten eingesetzt werden
belung könnte. Es werden die Simulationsmodelle
-4,2 kg
des Fahrzeugs aufgebaut, und eine Vielzahl
von Crash- und Steifigkeitslastfällen virtuell
durchgespielt. Die Rechner laufen auf Hoch-
Ladeboden touren, bis man sich gemeinsam mit der
-4 kg
Fertigung für das finale Konzept entschei-
Radbremse -8,5 kg det“, so Mlekusch. Dabei gilt: „Was sich nicht
Vorderachse -27 kg
sauber berechnen lässt, wird auch nicht
Antriebsstrang -20 kg
verbaut. Das haben wir von der Luftfahrtin-
Türen in Aluminium -24 kg
dustrie übernommen und bedingt, dass uns
Hinterachse -40 kg Abgasanlage -19 kg sämtliche Materialkennwerte zu den jewei-
ligen Werkstoffen vorliegen. Auch im Zuge
Im neuen Q7 wurde in puncto Leichtbau an jeder Stellschraube gedreht. der Herstellung dürfen sich Werkstoffeigen-
AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016 19STRATEGIEN DER OEMS
vative Ansätze. „Ganz wesentlich ist, dass
J AUDI R8 COUPÉ der Zulieferer nicht nur mit seiner Idee und
Audi Space Frame in Multimaterialbauweise einem Blatt Papier kommt. Bevor wir das
erste Prototypenteil bauen und den Werk-
Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK)
Aluminiumprofil
stofffreigabeprozess starten, werden wir die
Aluminiumblech
Wirksamkeit und Herstellbarkeit seiner Idee
Aluminiumguss simulieren und berechnen. Auf dieser Basis
entscheiden wir dann über eine Zusammen-
arbeit“, ergänzt Venier.
Wie nachhaltig müssen bei Audi Leicht-
baumaterialien sein, Stichwort: Life Cycle
Assessment? „Die LCA-Betrachtung ist für
uns ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl
von Materialien. Wir führen Umweltbilanzen
durch mit dem Grundsatz, dass sich der Auf-
Der Audi Space Frame des R8 wand von der Gewinnung der Ausgangsma-
ist zu 79 Prozent aus Alumini-
um und zu 13 Prozent aus CFK. terialien eines Fahrzeugs über die Produk-
tion bis zur Verwertung nach 200.000 Kilo-
meter Fahrstrecke durch den geringeren
Kraftstoffverbrauch in der Nutzungsphase
schaften im Verlauf der Serie natürlich nicht das Aluminiumblech unter hohem Druck und rechnen muss“, sagt Köhler. Beim aktuellen
verändern.“ erzeugt anschließend eine hochfeste Reib- Q7 ist der Energieaufwand für das Primära-
Der Freigabeprozess für einen neuen schweißverbindung mit dem darunter lie- luminium in der Herstellung zwar höher als
Werkstoff dauert bei Audi deshalb auch sei- genden Stahlblech. Der Unterbau des Q7 beim Vorgänger. Aber schon ab etwa 34.000
ne Zeit. Danach startet der OEM „top down“, enthält mehr als 100 solcher Verbindungen. Kilometer fährt der neue Q7 mit Blick auf
meist an einem Standort mit einem Modell diese Größe dem bisherigen Modell in der
und kleinen Stückzahlen. Um den Werkstoff LEICHTBAU UND ELEKTROMOBILITÄT Umweltbilanz davon.
weltweit auszurollen, braucht es dann die Lohnt sich der ganze Aufwand, im Ver- Last not least: Welche Leichtbaupotenzia-
entsprechende Lieferantenstruktur. gleich zu motorischen und aerodynamischen le bieten additive Fertigungsverfahren, und
Alles in allem setzt der Wettbewerb der Maßnahmen? Oder profitiert der Leichtbau welche Entwicklungen erwartet Audi auf die-
Werkstoffe voraus, dass Audi jeden einzel- sogar von der Elektromobilität? „Durch die sem Gebiet? „Für den Konstrukteur ist die
nen Schritt in der Entwicklungs- und Her- Elektrifizierung des Antriebsstrangs kommt additive Fertigung ein Traum. Denn durch die
stellungskette beherrscht – von der Funkti- zunächst einmal zusätzliches Gewicht ins extrem geringen Fertigungsrestriktionen sind
onssimulation über die Produktionstechno- Fahrzeug, in Form von Batterie, Leistungs- die Freiheitsgrade beim Bauteildesign sehr
logie, einschließlich der Kompetenz in der elektronik und Elektromotoren. Oder in hoch“, berichtet Mlekusch. Audi habe zum
Werkzeugauslegung, bis hin zur Verbin- Form des Gehäuses, das die Batterie vor Beispiel einen Aluminium-Gussknoten aus
dungstechnik. Nur dadurch sieht sich der äußeren Einflüssen bzw. einem Crash dem aktuellen R8 für den Einsatz in einem
Autobauer in der Lage, die Grenzen des schützt“, erläutert Mlekusch. „Das stellt in Sportwagen-Prototyp gedruckt; mit Rippen-
Leichtbaus immer wieder neu zu definieren Bezug auf die richtige Materialauswahl und strukturen und Hinterschnitten, wie man sie
und zu verschieben. Bauweise neue und besonders hohe Anfor- nur mit der additiven Fertigung herstellen
Stichwort Fügetechnik: Sie ist ein ent- derungen an uns Karosserieentwickler.“ kann, weil sich anderenfalls das Teil nicht ent-
scheidender Schlüssel zum Erfolg für die Mit den bisherigen Fahrzeugarchitekturen formen ließe. „Der 3D-Druck dieser Baugrup-
Mischbauweise in großen Stückzahlen. Für lassen sich reine Elektrofahrzeuge nicht opti- pe dauerte eine Woche. Der Gewichtsreduzie-
den aktuellen Q7 hat Audi sogar drei neue mal umsetzen. „Da müssten Sie viel zu viele rung von zwölf auf sieben Kilogramm stehen
Fügeverfahren entwickelt: Der Seitenwand- Kompromisse eingehen, denn die im Unter- Mehrkosten im unteren fünfstelligen Bereich
rahmen aus Aluminium wird mithilfe des boden sitzende Batterie verändert die gesam- gegenüber“, so Mlekusch.
Rollfalzens an die ultrahochfeste B-Säule te Struktur“, erklärt Mlekusch. „Unser Ansatz Frank Venier ergänzt: „Für funktionale Bau-
aus Stahl gefügt. Halbhohlstanzniete die- lautet deshalb: Revolution im Konzept und teile in automobilen Großserien eignen sich
nen dazu, die Teile für das Rollfalzen zu Evolution im stofflichen Leichtbau. Das bietet additive Verfahren noch nicht. Zu den Heraus-
fixieren. Neu ist auch das Halbhohlstanznie- großes Potenzial – auch für die Zulieferer.“ forderungen zählen die Bauteilgröße, die
ten mit Sonderniete: Sie sind dickwandiger Aber welche Schwerpunkte sollte ein Lie- Prozesszeiten und natürlich die Kosten.“
und härter als konventionelle Stanzniete ferant setzen, um mit Audi ins Geschäft zu Potenzial sieht er heute bei Kleinstserien, der
und verbinden in der Karosserie des Q7 ult- kommen? „Zunächst einmal muss er den schnellen Herstellung von Prototypenteilen,
rahochfesten Stahl von bis zu 1,6 Millimeter Werkstoff und das Verfahren beherrschen. im Betriebsmittel- und Werkzeugbau sowie
Wandstärke mit Aluminium. Beim Reibele- Auch Punkte wie die Lieferfähigkeit, Pro- im Ersatzteilgeschäft. „Die Aluminiumgieße-
mentschweißen schließlich kann das Stahl- zesssicherheit und Qualitätsstandards sind reien brauchen also keine Angst zu haben,
blech sogar 2,5 Millimeter dick sein: Ein für uns extrem wichtig“, betont Mlekusch. dass sie in den nächsten Jahren vom 3D-Druck
schnell rotierender Stahlbolzen durchdringt Dabei sei Audi grundsätzlich offen für inno- abgelöst werden“, resümiert Mlekusch. ‹
20 AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016STRATEGIEN DER OEMS
Mit dem Audi lunar quattro unterstützt der OEM
die Berliner Ingenieurgruppe Part-Time Scientists
bei einem Raumfahrt-Wettbewerb. Der Rover ist
aus hochfestem Aluminium aufgebaut. Er wiegt
35 Kilogramm. Durch den Einsatz von Magnesi-
um soll er künftig noch leichter werden.
BILD: AUDI
AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016 21STRATEGIEN DER OEMS
LEICHTBAU ALS PRINZIP
Der kleine Sportwagen MX-5 ist seit drei Jahrzehnten
ein steter Begleiter von Mazda. Gewichtsreduktion war immer
oberstes Gebot. Auch für die neueste Generation
erfuhren die Leichtbaulösungen wieder eine Evolution.
– VON CHRISTIAN OTTO –
D
er MX-5 ist nunmehr seit 1989 die verschmelzen. Das erreicht man nur durch Die Mazda-Ingenieure folgten schon beim
erfolgreiche Antwort von Mazda ein sehr gutes Handling – und das ist in die- ersten Modell den fünf unternehmenseige-
auf die europäischen Sportwagen- ser Fahrzeugklasse vor allem vom Gewicht nen Prinzipien in Sachen leichter Sportwa-
Konzepte, die Kunden vor allem abhängig. gen. Dazu zählen bis heute das so genannte
mit Fahrspaß anlocken wollen. FR-Layout, also die Positionierung des
„Jinba Ittai“ heißt der Grundsatz, auf dem VIER GENERATIONEN LEICHTIGKEIT Motors vorn und des Antriebs hinten, ein
die Idee des Roadsters basiert. In Anlehnung Deshalb achteten die Japaner seit den leichter und kompakter offener Fahrzeug-
an eine traditionelle Form des japanischen Anfangstagen immer auf Leichtbau. Auch körper, eine 50:50-Gewichtsverteilung auf
Bogenschießens, die zu Pferde ausgeübt die nunmehr vierte Generation des MX-5, Front- und Hinterreifen, ein geringes Träg-
wird, sollen analog zu Ross und der Reiter die 2015 an den Markt ging, entspricht die- heitsmoment sowie ein erschwinglicher
das Auto und der Fahrer zu einer Einheit ser Strategie. Preis.
22 AUTOMOBIL INDUSTRIE INSIGHT | 2016Sie können auch lesen
