"Leichtbau trifft Großserie" - GMs Vision globalen Leichtbaus
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„Leichtbau trifft Großserie“ – GMs Vision globalen Leichtbaus Dr. Ralph Stenger, Director Body & Exterior, Dimensional Engineering Michael Küpper, Dr. Petra Krammer, Adam Opel AG G. Tecklenburg (Hrsg.), Karosseriebautage Hamburg, Proceedings, 13 DOI 10.1007/978-3-658-05980-4_3, © Springer Fachmedien Wiesbaden 2014
„Leichtbau trifft Großserie“ – GMs Vision globalen Leichtbaus 1 Einleitung Leichtbau und Großserie sind eine nicht ganz einfach zu beantwortende Fragestellung. General Motors stellt sich der Herausforderung, die uns die europäische Union mit Ihren Zielen für 2020 gesetzt hat. Als weltweiter Automobilhersteller sind unsere Bemühungen aber immer auch global ausgerichtet. CO2 Reduzierung hat somit einen hohen Stellenwert bei der Entwicklung unserer zukünftigen Fahrzeugflotte weltweit, wir dürfen jedoch hierbei unseren Kunden nicht aus den Augen verlieren. Leichtbau und somit ein reduzierter CO2 Ausstoß muss für unsere Kunden weiterhin in allen Regionen erschwinglich bleiben. Basis für unseren Leichtbauansatz ist hierbei zunächst einmal Stahl, mit seinem at- traktivem Preis-/Leistungsverhältnis, der auch weiterhin eine wichtige Rolle in unse- rem Karosseriekonzept bildet. Wir können hier in der Übergangsphase zwischen 2015 und 2020 noch ein beträchtliches Potential heben. Dies werden wir insbesondere mit dem Einsatz hochfester und höchstfester Werkstoffe realisieren. Darüber hinaus wird als Erweiterung Aluminium an den richtigen Stellen seinen Einsatz finden. Insbesondere als Sekundärmaterial kann Aluminium ähnlich wie Stahl energieef- fizient erzeugt und verarbeitet werden. Auch die Prozesse rund um die Karosserie müs- sen hierbei zumeist nur angepasst, aber nicht völlig neu überdacht werden. Ein wichtiger Bestandteil der Aktivitäten unserer Vorausentwicklung kommt der Ver- bindungstechnik zu. Ein Bauteil einfach nur aus einem anderen Material herzustellen ist eines, es aber für die Lebensdauer eines Fahrzeuges robust und korrosionssicher zu verbinden ist eine ganz andere Disziplin. Im Jahr 2011 hat GM sein Joint Venture mit Teijin bekannt gegeben. Gemeinsam entwickeln die Ingenieure beider Firmen in einem neu geschaffenen Entwicklungsbe- reich in Auburn Hills die zukünftigen Konzepte für Composite Materialien. Diese sind heute noch sehr teuer, da energetisch und prozesstechnisch aufwendig in der Her- stellung. Ziel muss es hier sein die Zykluszeiten und Materialkosten attraktiver für den Großserieneinsatz zu gestalten. Wir rechnen hier aber nicht mit einem großen Einsatz vor 2020 in den Volumenmodellen. Leichtbau kann als Disziplin nicht alleinig betrachtet werden. Hier geht es immer um alle Disziplinen des Fahrzeugbaus. Denn am Ende interessiert den Kunden nicht wie unser Auto leichter geworden ist, sondern dass unser Fahrzeug leichter und effizienter geworden ist. Am Ende zählt für Opel die Nachhaltigkeit, ein verantwortungsvoller Umgang mit der Energie, von der Entwicklung über die Produktion, der Nutzungsphase bis hin zum Recyclingvorgang des Fahrzeuges. 14
„Leichtbau trifft Großserie“ – GMs Vision globalen Leichtbaus
2 Stand der Technik
Bild 1: GM´s Historie in Leichtbau Technologien
Generell ist das Thema Leichtbau für uns keine neue Herausforderung, schon bei der
Corvette C2 Stingray 1953 verwendete GM einen Glasfaserverstärkten Boden.
Leichtbau teilt sich für uns in die klassischen Disziplinen auf:
Ɣ Konzeptleichtbau wie im Opel Eco Speedster
Ɣ Formgerechter Leichtbau mit dem Cadillac oben rechts
Ɣ Werkstoffgerechter Leichtbau wie hier bei der Corvette aus dem Jahr 2013
Ɣ Oder fertigungsgerechter Leichtbau, wie weiterhin erklärt
Natürlich ist es von besonderem Interesse die Grundauswahl und die richtige Kombi-
nation der klassischen Disziplinen für das entsprechende Fahrzeug zu definieren.
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„Leichtbau trifft Großserie“ – GMs Vision globalen Leichtbaus Bild 2: CO2 Anforderungen Insbesondere ist es jedoch von großer Bedeutung die zukünftigen gesetzlichen und gesellschaftlichen Anforderungen an unsere Fahrzeuge zu kennen und sich in der Fahrzeugentwicklung darauf einzustellen. In der Abbildung oben sind die regional sehr unterschiedlichen Anforderungen einmal zusammengefasst dargestellt. Man sieht, dass die CO2 Ziele je nach Region unterschiedlich scharf formuliert wurden und Europa mit Japan gemeinsam die strengsten Targets vorgegeben haben. Die Erfüllung dieser Ziele erfordert auch den intensiven Einsatz von Leichtbaulösungen, die Inhalt dieses Artikels sind. 16
„Leichtbau trifft Großserie“ – GMs Vision globalen Leichtbaus
3 Materialauswahl und Einsatz
Bild 3: Potentiale unterschiedlicher Materialien
Zunächst zu den typischen Werkstoffen, die im Karosseriebaus eine wichtige Rolle
spielen. Als erstes ist hier sicherlich Stahl zu nennen. Wir erwarten, dass Stahl durch
die Verwendung höher und höchstfester Güten weiterhin 15% Gewichtsreduzierung
bis 2025 zum Gesamtergebnis beitragen kann. Die größten Gewichtseinsparungs-
potentiale unter Berücksichtigung akzeptabler Mehrkosten bieten sich hingegen im
Bereich Aluminium. Dessen Volumen sehen wir in der zweiten Hälfte des Jahrzehnts
mit dem Einsatz der CO2 Ziele für 2020 in der EU deutlich wachsen. Die größten
Potentiale, allerdings heute noch zu sehr hohen Kosten, liegen im Bereich der Ver-
bundwerkstoffe. Diese gilt es heute wirtschaftlich für die automobile Anwendung zu
entwickeln. Verlassen wir nun den Stahl und wenden uns anderen Leichtbaulösungen
zu. Die Corvette war schon immer unser Wegbereiter und Aushängeschild für den
Leichtbau im Konzern. Hier wurden neben Aluminium, Magnesium auch faserver-
stärkte Kunststoffe, sowie Balsaholz eingesetzt.
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„Leichtbau trifft Großserie“ – GMs Vision globalen Leichtbaus Bild 4: Leichtbau am Beispiel der Corvette Zu den Aluminium intensiven Lösungen ist der in Verbindung mit Lotus entwickelten Opel Speedster zu nennen, der im Jahr 2000 mit einer selbstragenden Aluminium Ka- rosserie ausgestattet war. Seit 2002 setzten wir im Opel Vectra und den Nachfolge- modellen Aluminium in den Hauben ein. Wir sind heute hier Marktführer was die Blechdicken für Hauben angeht. In der Cadillac C6 Generation haben wir das erste Mal hydrogeformte Längsträger eingesetzt. Für die Massenprodukte sehen wir die Ka- rosseriestrategie des Cadillac ATS als unsere zukünftige Strategie an. Hier verwenden wir Federbeindome und die Hang On Teile aus Aluminium. Auch im Bereich Magne- sium haben wir die ersten Produkte bereits am Markt, denn neben der schon erwähn- ten Corvette, wurde bereits bei Cadillac STS ein Deckelgerippe in Magnesium in Se- rie gebracht, des weiteren findet Magnesium seine Anwendung in Innenraumteilen. Im Dezember 2011 verkündete GM seine Partnerschaft mit dem japanischen Compo- site Hersteller Teijon Ltd. Wir erwarten aus diesem Joint Venture eine wesentliche Zyklusreduzierung, Ziel ist es hierbei Karosserieteile unter 1 Minute zu mit Teijin pa- tentierten Herstellungsverfahren zu erzeugen. 18
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4 Multimaterial Strategie für den Volumenmarkt
Lassen Sie mich also unsere Volumenstrategie für GM zusammenfassen. Wir sehen
hier den Cadillac ATS als unser strategisches Vorbild, d. h. am vorderen Ende und
oben im Fahrzeug gilt es mit Priorität Gewicht zu sparen und ansonsten die Vorteile
der hochfesten Stähle zu nutzen. Im unteren Bild dargestellt, halten wir einen Multi-
materialansatz für das Volumensegment in den nächsten Jahren ( bis 2020 ) für einen
realistischen Ansatz.
Bild 5: Materialmix am Beispiel der Cadillac ATS
Die längerfristige Strategie ist im nächsten Bild dargestellt. Es ist zu erkennen, dass
Stahl nach und nach durch alternative Materialien wie Aluminium und Verbundfa-
serwerkstoffe substituiert wird.
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„Leichtbau trifft Großserie“ – GMs Vision globalen Leichtbaus Bild 6: Langfristige Materialmix Strategie Natürlich muss das Zusammenspiel zwischen Produktentwicklung und Fertigungspla- nung abgestimmt erfolgen, was man z.B. sehr schön an einer Hauben-Entwicklung nachvollziehen kann. Nur durch Umformbarkeitssimulationen und neue Verbindungs- techniken sind solche Schritte möglich. Heutige Stahlkonstruktionen liegen bei 0,5 mm bzw. 0,6 mm Dicke. Hierfür wurde der Zafira B mit dem Stahlinnovationspreis ausgezeichnet. Heutige Hauben stellen wir in Aluminium mit 0,8mm / 0,9 mmm her. Eine der Fügetechnologien, die wir bei GM selbst entwickelt haben, ist das Punkt- schweißen von Aluminium mit Standardzangen. Hierbei gibt es keine Einschränkun- gen zum heutigen Stahlprozess, außer dass die Kappen etwas häufiger nachgefräst werden müssen. Die erste Anwendung hatten wir beim Cadillac Escalate (2006). Heu- te verwenden wir dieses Verfahren auch in der neuesten Generation der Corvette. Zu- künftig werden wir diese Technologie auch in den Produkten in Europa einsetzen. 20
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Bild 7: Verbindungstechnologie
Generell ist die Verbindungstechnik die Kerndisziplin des Multi Material Karosserie-
baus. Eigentlich nichts neues, denn alles schon in kleinem Maßstab in der Corvette
erprobt, muss dies nun auf das Großvolumen adaptiert werden. Weitere Aktivitäten
sehen wir hier insbesondere in der Entwicklung der Klebstoffe, die den Anforderun-
gen an Festigkeit, Temperatur und Lebensdauer gerecht werden müssen. Kommen wir
nun zu den wirklichen Herausforderungen der nächsten Jahre oder den Karosserie-
konzepten, die wir erst nach 2020 auf der Straße sehen werden.
5 Ausblick und Nachhaltigkeit
Composite Materialien bedürfen einer angepassten Konstruktion und Fertigung. Heute
sehen wir die Teileintegration in Form von Gussbauteilen, zukünftig werden wir diese
auch in Composite Bauweise sehen.
Composite Materialien kosten heute noch das vier- bis mehrfache von konventionel-
len Werkstoffen, Ziel ist es hier die Fertigungsprozesse gemeinsam mit unserem JV
Partner an die Bedürfnisse des Großvolumens anzupassen.
21„Leichtbau trifft Großserie“ – GMs Vision globalen Leichtbaus Leichtbau wird getrieben durch CO2 Reduktion, andererseits müssen auch wir uns dem wachsenden Klimaschutz und des verantwortungsvollem Umgangs mit Energie stellen. GM hat sich zum Ziel gesetzt, erneuerbare Energieformen in einem Umfang von 125 MW bis 2020 Global zu nutzen. Den Energieaufwand zur Herstellung unserer Fahrzeuge werden wir bis 2020 um ca. 20% reduzieren. Bild 8: Nachhaltigkeit im Fahrzeugbau Die zukünftigen Karosseriekonzepte werden nicht ohne Mehrkosten erzeugt werden können. Diese gering zu halten, erfordert eine klare Strategie und eine rechtzeitige Anpassung der Wertschöpfungskette und ein Gesamtfahrzeug Kosten Ausgleich, um den Kunden nicht durch Mehrkosten zu belasten. 22
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