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Fachbeiträge | Giesserei Rundschau 04/2020 JHG 67
* AUDI e-tron S mit freundlicher Genehmigung der AUDI AG Ingolstadt
QUO VADIS PKW?
Gedanken zur künftigen Fertigung unter Beachtung aktueller gesellschaftlicher, techni-
scher und wirtschaftlicher Aspekte
AUTOREN:
Prof. Dr. Eberhard Ambos, Prof. Dr. Ulrich Gabbert, Prof. Dr. Thorsten Halle, Prof. Dr. Christian Heikel
1. VORBEMERKUNGEN
Der PKW-Bestand betrug Anfang des Jahres 2020 58,2 Mil- stehen eine Reihe gesellschaftlicher, technischer und wirt-
lionen Kraftfahrzeuge in Deutschland und 5,04 Mio. PKW schaftlicher Veränderungen entgegen. An dieser Stelle sol-
in Österreich (2019) [1-2]. Bei 83,2 Mio. Einwohnern in len beispielhaft nur folgende genannt werden:
Deutschland und 8,9 Mio. Einwohnern in Österreich ergibt Verringerung des CO2-Ausstoßes und weiterer schäd-
sich damit eine Ausstattung von ca. 0,7 PKW pro Ein- licher Abgase (z.B. Substitution von Antrieben mit Ver-
wohner in Deutschland und 0,6 PKW in Österreich. Da in brennungstechnik durch elektrische Antriebe).
diesen Zahlen auch Babys, Kinder und Fahruntüchtige Die Bemühungen zur Verdrängung des PKW-Ver-
inbegriffen sind, darf man diese Ausstattungsgrade als kehrs aus den Städten, sowohl bezüglich des fließenden
sehr hoch bezeichnen. Sie verdeutlichen den Wert des als auch des ruhenden Verkehrs (z.B. Ausbau und Opti-
individuellen Transportmittels PKW für die Bevölkerung mierung des öffentlichen Personennahverkehrs, Ausweis
beider hochindustrialisierter Staaten. Außerdem ist die von Fahrradwegen und beruhigten Verkehrszonen. Zitat:
Produktion von PKW oder Bauteilen und Baugruppen „Beim Umbau des Verkehrs in den Städten ist noch viel
davon eine bedeutende volkswirtschaftliche Größe in die- Luft nach oben. Unsere Städte sind keine Parkplätze,
sen beiden Ländern. Der Umsatz der Automobilproduk- Städte sind Orte zum Leben“ [3].
tion im Jahr 2019 in Deutschland betrug 436,2 Mrd. Euro Dazu gehören auch organisatorische Maßnahmen zur
und in Österreich 43 Mrd. Euro (Im Jahr 2018 nach Statist. gemeinsamen Nutzung von PKW durch eine größere Zahl
Bundesamt Deutschland). von Nutzern(„Car-Sharing“).
Einer weiteren Erhöhung des Kraftfahrzeugbestandes
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Neben diesen Prozessen zeichnen sich jedoch auch Vor-
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Die „Verdichtung“ der Städte und die oft nur wenig kinder- it + Z au
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freundlichen und naturnahen Bedingungen in den Städ- läss
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mit den oft hervorragenden Umweltbedingungen zie- rha tig keit
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dass häufig beide Elternteile, meist noch an getrennten ili rhä
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angewiesen sind. Dazu kommt, dass die Mieten in den
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großen Städten von „normalen“ Bürgern oft nicht mehr
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aufgebracht werden können. In einem umfangreichen
Zeitschriftenbeitrag, unter anderem zu den Folgen von
Corona, wird auf die vielfältigen, sich aktuell vollziehen- Bild 1. Wichtige Einflussfaktoren bei der Wahl und
den Prozesse eingegangen [4]. Bewertung von Leichtbauvarianten
Für viele Vertreter der älteren Generation, besonders
auf dem flachen Lande, ist der PKW ein unverzichtbarer gie zu anderen Energieformen angestrebt. Darauf wird bei
Gegenstand des täglichen Lebens zur Bewältigung ihrer der Beschreibung der Antriebsformen näher eingegangen.
Alltagsaufgaben, wie Arztbesuche, Einkauf von Lebens-
mitteln und Aufrechterhaltung der sozialen Kontakte. 2.2 ERHÖHUNG DER ZUVERLÄSSIGKEIT UND
Im gesellschaftlichen Interesse unerwünscht ist der DAMIT SENKUNG VON WARTUNGS- UND
Trend, dass bei Neuerwerb von PKW sehr häufig für „All- REPARATURAUFWENDUNGEN SOWIE
roadfahrzeuge (SUV)“ entschieden wird, obwohl diese VERMEIDUNG VON AUSFÄLLEN
in ihrem gesamten Fahrzeugleben nur auf Beton und Der Qualitätssicherung bei der Fertigung und Montage
Asphalt unterwegs sind. Diese Fahrzeuge benötigen aber von Fahrzeugkomponenten ist in den vergangenen Jahren
bedeutend mehr Verkehrsfläche und sind, wegen ihres große Aufmerksamkeit gewidmet worden. Die Rückrufe
höheren Gewichts, fast immer stärker motorisiert. Das fin- und Ausfälle von Fahrzeugen in den vergangenen Jahren
det seinen Ausdruck auch in höheren Abgaswerten (CO2, weisen jedoch in eindrucksvoller Weise darauf hin, dass
NOx und Feinstaub). noch ein Reihe von Aufgaben bezüglich der Qualitätsver-
Diese, zum Teil gegenläufigen Tendenzen kennzeich- besserung zu leisten ist. (Bild 2.).
nen die Situation, vor der die Entwickler von Automobilen
und deren Fertiger und Zulieferer stehen. Es gilt demnach
in der nächsten Zeit den vielfältigen Einwirkungen gerecht
zu werden und den Versuch einer optimalen Vorgehens-
weise zu wagen.
Eine größere Zahl der Überlegungen und Denkan-
sätze ist Gegenstand der nachfolgenden Ausführungen.
2. ALLGEMEINE ENTWICKLUNGSTENDENZEN
Bild 2. Anzahl der Rückrufaktionen 2010 bis 2019 [7]
2.1 LEICHTBAU ALS ENTSCHEIDENDE
VORAUSSETZUNG FÜR DIE SENKUNG DER Schwerpunkte als Ursachen für die Rückrufe sind meist:
ANTRIEBSENERGIE die mangelhafte Funktion der Elektronik und von Sicher-
Bereits in einem früheren Beitrag in dieser Zeitschrift heitseinrichtungen (Bremsen und Airbags) sowie Unzu-
wurde auf die Komplexität des Leichtbaus eingegangen länglichkeiten im Antrieb. Diese Ursachen haben nur
[5]. Dieser ist Voraussetzung für die weitere Senkung des bedingt unmittelbare Beziehungen zu gießtechnischen
Energieverbrauchs zum Betreiben der Kraftfahrzeuge Problemen.
und (bei Verbrennungsantrieben) zur Verringerung des Dennoch gibt es eine Reihe von Prozessen, die eine
CO2-Ausstoßes. Die Vielgestaltigkeit der Aufgabe lässt sich überdurchschnittliche Aufmerksamkeit verdienen und
deutlich aus Bild 1. erkennen. nicht selten Verursacher von Reklamationen oder wirt-
Auf den Zusammenhang zwischen Fahrzeuggewicht schaftlichen Verlusten sind. Hierzu gehören auch die
und CO2 – Ausstoß wird ausführlich in [6] eingegangen. technologisch nicht einfachen Prozesse des Gießens von
Stark vereinfacht: Je höher das Fahrzeuggewicht, desto extrem dünnwandigen, geometrisch komplizierten und
höher der CO2 -Ausstoß. festigkeitsmäßig hochbeanspruchten Teilen aus Leicht-
Eine Verbesserung der Umweltbilanz der Fahrzeuge metallen. Die Einführung der Computertomografie in
wird durch Abgehen vom Einsatz der Verbrennungsener- den Gussteilfertigungsprozess sowie die Digitalisierung
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Versuchsanordnung zur Optimierung des Druckgießprozesses
Druckgießmaschine
Impeller Bild 3. Versuchsanordnung zur
Nadelpräger
Schmelz 1 2 Optimierung des Druckgießprozesses
e
Datamining
5
Klimadaten-
Messgerät
Datenbank
4 Visuelle Computertomograf
Qualitätsprüfung Bearbeitung
3
des Fertigungsprozesses derartiger Gussteile hat jedoch Forschungsprojekt „InCar“ wurde das Ziel verfolgt, den
bereits zu nennenswerten Qualitätsverbesserungen mit Kunden der Automobilindustrie eine breite Palette rasch
den daraus folgenden wirtschaftlichen Ergebnissen bei- umsetzbarer, serienreifer Lösungen bieten zu können. Das
getragen. In den Literaturstellen [8-10] ist ausführlich Ergebnis waren mehr als 40 innovative Lösungen für Fahr-
über die intensiven Bemühungen zur Nutzung der Com- werk, Lenkung, Antriebsstrang und Karosserie, die laut
putertomografie berichtet worden. Ein maßgeblicher Vorstandsvorsitzendem „…beim Gewicht Einsparpotenzi-
Beitrag zur Digitalisierung der Gussfertigung ist in dieser ale von bis zu 50 Prozent, bei den Bauteilen und Kosten-
Zeitschrift zur Kenntnis gegeben worden [11]. In Bild 3. vorteile bis zu 20 Prozent erreichen.“ [12].
ist aufgezeigt, mit welcher Versuchseinrichtung die opti-
male Qualität anspruchsvoller Druckgussteile für den Die gleichen Bemühungen können auch von den Gieße-
Automobilbau ermittelt und im realen Produktionsbetrieb reien benannt werden:
gewährleistet werden soll. In [14] wird berichtet, dass es heute möglich ist, hoch-
Auch durch optische Oberflächenprüfsysteme sind genau und mit sehr hoher Produktivität Bauteile für den
nennenswerte Qualitätsverbesserungen erreichbar, wie in Automobilbau im Grünsandverfahren auf kastenlosen For-
[13] anhand unterschiedlicher Prüfeinrichtungen verdeut- manlagen zu produzieren. Als Beispiele werden Querlen-
licht wird. ker, Bremssättel und Getriebegehäuse angeführt. Für die
Produktivität werden Leistungen von 260 Teilen pro h für
2.3 VERRINGERUNG DES FERTIGUNGS- UND die Querlenker und von 800 Teilen pro h für die Bremssät-
MONTAGEAUFWANDES tel angegeben. Außerdem wird auf die hohen Festigkeits-
Die Verringerung des Fertigungs- und Montageaufwandes werte der Gussteile verwiesen.
ist eine vielgestaltige Aufgabe im Automobilbau, an der Eine der neuesten Entwicklungen der Fertigungstech-
auch die Zulieferindustrie einen wesentlichen Anteil hat nik sind hybride Fertigungsverfahren. Darunter versteht
und innovative Ergebnisse dafür in großer Zahl generiert. man beispielsweise die Herstellung geometrisch einfacher
Namhafte Beratungsunternehmen beschäftigen sich mit Teile durch konventionelle Verfahren in Kombination mit
der Zukunft des Automobilbaus. So finden sich folgende komplizierten Teilen, die z.T. durch robotergeführte Laser-
Aussagen über aktuelle und künftige Aufgaben [19]: „Klar strahlauftragschweißanlagen gefertigt werden. Diese
ist, wer in den nächsten 5 – 10 Jahren noch konkurrenzfä- Technologie befindet sich jedoch noch im Forschungs-
hig im Markt mitwirken will, muss stadium. Es wird von den Experten erwartet, dass sich mit
dieser Vorgehensweise die Fertigungszeit um 50 % und
▶ neue Mobilität, die Kosten um 20 – 30 % bei geeigneten Teilen senken
▶ autonomes Fahren, lassen [15]. Mit der Multimaterialbauweise beschäftigen
▶ Digitalisierung und Elektrifizierung neu ausrichten sich zwischenzeitlich etwa 200 Firmen im Rahmen einer
und VDMA – Arbeitsgemeinschaft. Viele davon setzen auf die
▶ seine Kosten im Kerngeschäft senken (z.B. durch Nutzung laserbasierter Fertigungsverfahren [16]. Es darf
innovativere Qualitäts- und Instandhaltungssteue- jedoch nicht verschwiegen werden, dass die hybriden Fer-
rung).“ tigungsverfahren nicht nur zu Vorteilen führen, sondern
auch erhebliche Schwierigkeiten beim Recycling der Bau-
Zu den Unternehmen, die sich in großem Maßstab mit teile mit sich bringen.
Forschung und Entwicklung rund um das Automobil Neben der Verringerung des Montageaufwandes
befassen, gehört der ThyssenKrupp – Konzern. Mit dem durch verbesserte Fertigungsverfahren und günstige
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Werkstoffe ist neuerdings auch durch die Fa. Tesla (USA) Zuverlässigkeit und der Lebensdauer und nicht zuletzt die
das Bemühen zur Einschränkung des Montageaufwandes Reduktion der Kosten für Herstellung und Recycling sind
durch geänderte konstruktive Lösung bekannt geworden. Ziele, die die zukünftige Fahrzeugentwicklung entschei-
So strebt die Firma an, dass durch ein Abgehen von klein- dend prägen werden.
teiligen Blechausführungen auf größere, druckgegossene Auf einige der aufgeworfenen Fragen wird im vorlie-
Segmente der Karosserie Montageaufwand und teure genden Beitrag detaillierter eingegangen.
Roboter eingespart werden können [20].
2.4 ZUNEHMENDE ENTLASTUNG DES MENSCHEN 3. STAND UND ENTWICKLUNG DES
VON AUFGABEN ZUR FÜHRUNG DES ANTRIEBES VON PKW
FAHRZEUGES DURCH STETIGEN ÜBERGANG
ZUM AUTONOMEN FAHREN 3.1 AUSGANGSSITUATION DER PKW-ANTRIEBE
Die Bundesregierung Deutschlands sieht sich vor allem Obwohl der öffentliche Nahverkehr stetig verbessert wird,
beim autonomen Fahren als internationaler Vorreiter. ist der Drang zur individuellen Mobilität ungebrochen.
Tatsächlich soll es ab Juni 2021 in Deutschland erlaubt Die hohe eingangs genannte Dichte an PKW je Einwohner
sein, mit autonom fahrenden Autos auf der Autobahn im macht dies deutlich. Derzeit haben die Verbrennungsmo-
stockenden Verkehr bis zu einer Geschwindigkeit von 60 toren noch einen bedeutenden Anteil an den Zulassungs-
km/h zu fahren. Diesen Rechtsrahmen will das Bundes- quoten. Trotz der z.B. in Deutschland hohen Förderung
wirtschaftsministerium noch ausweiten. In internationa- der E-Fahrzeuge (3.000 € des Herstellers, 6.000 € staatli-
len Gremien wird darüber längst verhandelt [17]. che Unterstützung [23] und 5.000 € in Österreich [67]),
Eine Führungspersönlichkeit des deutschen Automo- verfügten Elektro-PKW laut VDA Verband der Automobil-
bilbaus bekennt nach persönlichem Erleben, dass PKW industrie im Januar 2020 nur über einen Marktanteil von
mit dem Steuerungssystem Driving Assistent Professional 6,6%. Durch die Höhe der Förderung wird eine komplette
die optimale Funktion des autonomen Fahrens nach Level oder teilweise Kompensation der Mehrkosten erreicht
3 gewährleisten [18]. und der Erwerb der Fahrzeuge erleichtert. Dennoch sind
die Neuzulassungen der E-Fahrzeuge begrenzt. Obwohl
2.5 ZUSAMMENFASSUNG sich der Anteil der EU-Neuzulassungen an Elektroautos
Unabhängig vom verwendeten Antriebssystem und den im Vergleich zum Vorjahr verdreifacht hat, besitzen diese
genannten Trends wird sich die konstruktive Gestaltung Antriebe im 2. Quartal 2020 nur einen Marktanteil von 7,2
eines Fahrzeuges nicht grundlegend verändern, da hier % [68].
physikalische Prinzipien sowie Sicherheits- und Zuver- Bild 4. zeigt eine Vorhersage der Antriebsverteilung
lässigkeitskriterien maßgebende Schranken setzen. bis zum Jahr 2050. Diese Vorhersagen sind mit Vorsicht zu
Im Rahmen dieser Gestaltungsgrundlagen gibt es aber interpretieren, da politische Entscheidungen und techni-
noch einen maßgeblichen Freiraum zu erschließen, der sche Neuerungen die prognostizierten Werte stark beein-
es ermöglicht, zu besseren, effektiveren Fahrzeugen zu flussen können. Ein Beispiel hierfür sind die Klimaziele
gelangen. Dazu gehören die Einbeziehung neuer oder ver- der Europäischen Union, die eine Verringerung der Treib-
besserte Konstruktionsprinzipien (z.B. bionisches Design), hausgase von 40 % (in der aktuellen Diskussion stehen bis
der Einsatz neuer Materialien, die Nutzung neuer Ferti- zu 55%) bis 2030 anstrebt [22].
gungs-, Montage- und Produktionsverfahren sowie die Trotz der zunehmenden Zahlen der elektrisch oder
ganzheitliche Einbeziehung des Fahrzeuglebenszyklus. hybridtechnisch angetriebenen Fahrzeuge wird eine
Die Reduktion der Antriebsenergie, die Verbesserung der deutliche Dominanz der Verbrennungsmotoren in den
Umweltverträglichkeit, die Erhöhung der Sicherheit, der nächsten 10 bis 20 Jahren erwartet. Dies bedeutet, dass
Bild 4. Pkw-Neu
zulassungen nach
Antrieb in Deutschland
(FCV: Brennstoffzelle,
BEV: Batterie-Fahrzeug,
PHEV: Plug-in-Hybrid,
LPG: flüssiges Autogas,
CNG: Erdgas) [65]
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Kompaktklasse (Golf, Toyota Corolla)
nologisch anspruchsvolle Gussteile. Insbesondere das
120 Einbringen der Kühlkanäle in die Bauteile ist zu nennen,
um die E-Motoren und die schnellladefähigen Batterien
spez. Leistung in kW/L
90 und Batteriegehäuse kühlen zu können. Bild 6. zeigt den
aufwändigen Kühlkanal eines E-Antriebs für ein Fahrzeug.
60
3.2 AKTUELLE VERBRENNUNGSMOTOREN
30 Unbeliebte Begleiter der Massenmobilität sind die ausge-
Otto Diesel stoßenen Abgase und der Energieverbrauch der Motoren.
0 Die Entwicklung der Antriebe ist weltweit durch gesetz-
1970 1983 1995 2008 2020 liche Vorgaben der Emissionen und Verbräuche geprägt.
Erstzulassung Schlagworte wie Feinstaub und Stickoxide haben Symbol-
wirkung für den Umweltschutz erlangt.
Bild 5. Anstieg der spezifischen Leistung (auf den Neben dem Ausstoß von Schadstoffen wird, wie ein-
Hubraum normierte Leistung, kW je Liter Hubraum) der gangs erwähnt, der Ausstoß von Klimagasen entspre-
Verbrennungsmotoren, Leistungsdaten nach [21] chend reglementiert. Moderne Verbrennungsmotoren,
auch in Hybridfahrzeugen, müssen demnach ein Minimum
komplexe Gussbauteile, wie Zylinderköpfe, Zylinderkur- an Schadstoffen ausstoßen sowie mit neuen Kraftstoffen
belgehäuse, Turbinengehäuse der Turbolader usw. weiter betrieben werden, um die CO2 Emissionen zu verringern
wichtige Gussbauteile sein werden. bzw. ganz zu unterbinden.
Diese Bauteile werden durch stetig steigende Bean- Um die Verbräuche der Motoren allgemein, d.h. durch
spruchungen wie Leichtbaumaßnahmen und das soge- bessere Wirkungsgrade zu verringern, werden die Ver-
nannte Downsizing der Motoren stetig wachsenden brennungsräume zunehmend „kleinvolumiger“, wobei die
Beanspruchungen unterworfen. Bild 5. verdeutlicht den Leistungsdichte der Motoren steigt. Die Tendenz zur stei-
permanenten Anstieg der Leistungsdichte der Antriebe genden Beanspruchung der direkt mit der Verbrennung in
durch den Kennwert der Literleistung (Nennleistung nor- Kontakt stehenden Gussbauteile ist offensichtlich.
miert auf den Hubraum). Neben dem Downsizing der Motoren wird intensiv
Steigende Beanspruchungen der Gussteile und die an weiteren Optimierungen der Diesel- und Ottomotoren
geometrische Komplexität zwingen die Hersteller moder- gearbeitet. Aufgrund der Vielfältigkeit der Entwicklungen
ner Aggregate innovative Prüftechniken einzusetzen. Ein sollen nur einige der Schwerpunkte aufgezählt werden. Zu
Beispiel ist hier die 100% computertomographische Prü- nennen sind beispielhaft:
fung von Al-Si-Zylinderköpfen bei der Firma BMW [9].
Aber auch alternative Antriebsformen wie Batte- ▶ die Reibungsreduzierung durch neue tribologische
riefahrzeuge oder Hybride benötigen komplexe, tech- Systeme, z.B. durch das thermische Spritzen der
Laufflächen der Al-Motorenblöcke,
▶ die verbesserte Aufbereitung des Brenngemisches,
insbesondere durch hohe Einspritzdrücke und
höhere Kräfte z.B. in den Gussteilen der Einspritz-
pumpen,
▶ die Großserieneinführung variabler Ventiltriebe mit
der wachsenden Komplexität der Zylinderköpfe und
Nockenwellentriebe,
▶ die Zylinderabschaltung,
▶ die Einspritzung von Wasser zur Kühlung der Ver-
brennung,
▶ die weitere Optimierung der Abgasrückführung
a sowie
▶ Maßnahmen zur schnelleren Aufheizung der Abgas-
nachbehandlung besonders beim Kaltstart der
Motoren.
Zum Erreichen der vorgeschriebenen Abgaswerte wird
intensiv an Verbrennungsmotoren mit alternativen
Brennstoffen gearbeitet. Benzine mit 10% bis 100% Etha-
nolanteil (E10, E100) oder Diesel mit 7% bis 100% Biodie-
b selanteil (B7, B100), sowie Bio-CNG-Gas sind Stand der
Technik. Nach dem Ende der Forschungsarbeiten an H2
-Verbrennungsmotoren vor gut 20 Jahren, gibt es aktu-
Bild 6. a) Gussteil eines E-Antrieb-Gehäuses b) Kern des elle Forschungen, Entwicklungen und Pilotumbauten
eingegossenen Kühlkanals [66] bestehender Nutzfahrzeuge auf den H2-Gasbetrieb [24-
10
Giesserei Rundschau 04/2020 JHG 67 | Fachbeiträge
26]. Zusätzlich werden sogenannten
E-Fuels, flüssige synthetische Kraft-
stoffe erforscht und hergestellt, wel-
che aus der Weiterverarbeitung von
H2 generiert werden [27], [28].
3.3 ALTERNATIVE ANTRIEBE
Einer der Vorteile des Verbrennungs-
motors ist die einfache Mitführbar-
keit und Nachfüllbarkeit von hohen
Energiemengen. Dem steht der Nach-
teil des Verbrennungsmotors gegen-
über, dass der thermodynamische
Wirkungsgrad in der Teil-Last gering
ist und bei der Verbrennung unge-
wünschte Emissionen freigesetzt
werden. Das Streben nach emissions-
freier Mobilität ist nicht nur eine tech- Bild 7. Übersichtsdarstellung Brennstoffzellenfahrzeug Toyota „Mirai“, nach [29]
nische Herausforderung, sondern mit freundlicher Genehmigung von Toyota
eine zutiefst emotionale und soziale
Aufgabenstellung. Es wird erwartet, dass sich die in Bild 4. Einsatz von vermehrt biologischen (E100, B100) oder syn-
dargestellte Verteilung der Antriebsarten evolutionär in thetischen Kraftstoffen (E-Fuels) dargestellt werden.
Richtung Batterie- und Hybridfahrzeuge entwickelt. Die Herstellung von synthetischen, klimaneutralen
Um die Defizite des Verbrennungsmotors zu kompen- Kraftstoffen erfolgt auf der Weiterverarbeitung von H2-Gas
sieren, werden Hybridantriebe einen hohen Stellenwert zu flüssigen Brennstoffen, wobei unerwünschte Verluste
erreichen. Die Entsprechung „hybrid“ bedeutet, dass zwei anfallen. Bezogen auf den Wirkungsgrad wäre eine direkte
Antriebe, Verbrenner und E-Maschine, optimiert zusam- Wandlung des H2 im Wasserstoff-Verbrennungsmotor
menarbeiten. Hybride erreichen, bei geladener Batterie, oder aber auch in der Brennstoffzelle ideal. Welche Tech-
emissionsfrei, allein durch den E-Motor zurückgelegte nologie im Jahr 2050 überwiegen wird, ist aufgrund der
Fahrstecken. Diese Fahrstrecken sind in der Regel auf zahlreichen technischen und gesellschaftlichen Einflüsse
kleiner 50 km ausgelegt. Wird ein Nachladen während nicht absehbar. Die bereits heute auf dem Markt verfügba-
der Fahrt notwendig, geschieht dies bestpunktnah durch ren Modelle, wie der serienmäßig durch eine Brennstoff-
den Verbrennungsmotor. Dies bedeutet, dass der Verbren- zelle angetriebene Hyundai Nexo oder der Toyota Mirai,
nungsmotor, bezogen auf die Fahrstrecke, eine geringere zeigen erste Erfolge der Brennstoffzellentechnologie. Bild
Einschaltzeit, aber bei höheren Drücken und Temperatur- 7. verdeutlicht den Triebstrang eines Brennstoffzellenfahr-
schwankungen erfährt. Eine, dem Downsizing superpo- zeugs im Überblick. Die kalte Verbrennung des H2 in der
sitionierte Erhöhung, der Lasten auf die Bauteile ist das Brennstoffzelle hat jedoch Konkurrenz, wie erste Anwen-
Resultat. dungen von H2-Verbrennungsmotoren zeigen [24], [26],
Das beschränkende Element des Hybridfahrzeugs ist [69], [70].
die Batterie. Diese Speicher sind kostenintensiv, wobei die
veröffentlichten Preise starken Schwankungen unterlie-
gen. Die Speicherfähigkeit der Batterien ist begrenzt, da 4. STAND UND ENTWICKLUNG DER
deren Volumen und Masse im Vergleich zu den gebräuch- KAROSSERIE VON PKW
lichen Kraftstofftanks groß sind. Aus Kosten-, Gewichts- Ein Schwerpunkt des Leichtbaus im Automobilbau ist die
und Volumengründen sind die Batterien der Hybride Weiterentwicklung der Karosserie.
gezielt auf alltägliche Kurzstrecken, z.B. Fahrten zur Arbeit Es ist unbestritten, dass die Karosserieentwicklung
oder zum Einkaufen, ausgelegt. vor neuen Herausforderungen und einem zunehmendem
Reine E-PKW kommen komplett ohne Verbrennungs- Innovationsdruck steht [30-32], deren wesentliche Ziele
motor aus. Der Nachteil dieser Fahrzeuge sind die kos- in einer deutlichen Reduktion des Gewichts (Stichworte
ten- und bauraumintensiven Batterien und die dennoch Energieverbrauch und Umweltverträglichkeit) und in
eingeschränkte Reichweite im Vergleich zu den „Verbren- einer optimalen Integration alternativer Antriebskonzepte
nern“. Auch wenn zukünftige Forschungsergebnisse und (Stichworte: Verbrennungs-, Gas-, Wasserstoff-, Elektro-
die Massenfertigung der Batterien diese effektiver und die und Hybridantriebe) bestehen. Das erfordert zukünftig
Kosten geringer werden lassen, sind die Nachteile gegen- neue Karosseriearchitekturen und neue Entwicklungs-
über den Energiedichten flüssiger Treibstoffe nur teilweise und Konstruktionsprinzipien, die den zukünftigen Mobi-
ausgleichbar. litätskonzepten gerecht werden. Derartige Forderungen
Für den Kurzstreckenbetrieb in den Städten haben lassen sich leicht formulieren, wie solche neuen Konzepte
demnach die Batteriefahrzeuge gute Voraussetzungen. aber zukünftig aussehen werden, ist hingegen heute noch
Fahrzeuge mit dem Wunsch nach höheren Reichweiten nicht klar.
können durch den Einsatz von Hybridantrieben und den Nachfolgend wird über einige aktuelle Entwick-
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Fachbeiträge | Giesserei Rundschau 04/2020 JHG 67
lungstrends berichtet, ohne dass
ein Anspruch auf Vollständigkeit
erhoben wird. Die Mobilität entwi-
ckelt sich, wie übrigens die meisten
ingenieurtechnischen Anwendun-
gen, nach evolutionären Mustern. Es
wird immer wieder neue innovative
Entwicklungen und Produktverbes-
serungen geben, die vorhandene
Lösungen vom Markt verdrängen.
Das einzige „Auto der Zukunft“ mit
der einzig möglichen Karosserie wird
es daher nicht geben [30].
4.1 EIGENSCHAFTEN UND
AUFBAU VON PKW-
KAROSSERIEN
Ein klassischer PKW besteht aus den
Komponenten Fahrwerk, Antrieb und
Karosserie. In den Anfangsjahren der
Fahrzeugentwicklung bildete das Bild 8. Modulbauweise am neuen Audi A8 [34]
Fahrwerk das tragende Gerüst, das
den Antrieb, die Nutzlast und auch die den Fahrer schüt- der Kraftstoffverbrauch hängen von den verwendeten
zende Außenhaut (Karosserie) aufnahm. Die Karoserie Werkstoffen ab.
war zunächst kein lasttragendes Element des Fahrzeuges.
Das änderte sich seit den 1950er Jahren zunehmend bis Kohlefasern gehören zweifellos zu den besten Leichtbau-
zu der heutigen Konstruktionsform, bei der Fahrwerk und materialien, die allerdings wegen ihrer hohen Materi-
Karosserie eine integrale Einheit bilden. Diese nimmt die alkosten (zirka fünf- bis sechsmal teurer als Stahl) , dem
auf das Fahrzeug wirkenden statischen und dynamischen Fertigungs- und Verarbeitungsaufwand und den Prob-
Lasten auf. Insofern spricht man heute von selbsttragen- lemen beim Recycling bisher nur für Premiumfahrzeuge
den Karosserien, wodurch sich ein deutlich geringeres oder für extrem hochbeanspruchte Komponenten (z.B. im
Fahrzeuggewicht, eine höhere Steifigkeit, eine bessere Rennsport) zum Einsatz kommen [31]. Eine Ausnahme bil-
Crash-Sicherheit sowie eine verbesserte Raumnutzung det die sehr leichte Karosserie des Elektroautos BMW-i3.
ergeben. Für Jahrzehnte bestanden die PKW - Karosse- Bei Elektrofahrzeugen spielt der Leichtbau eine entschei-
rien aus Stahl. Stahl war kostengünstig zu erhalten, besitzt dende Rolle, sodass man dort zukünftig für Strukturbau-
sehr gute Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften und teile verstärkt kohlefaserverstärkte Kunststoffe einsetzen
ist leicht form- und schweißbar. Allerdings lassen sich mit wird, um das hohe Batteriegewicht auszugleichen.
Stahl allein die heute erforderlichen Leichtbaukarosse-
rien nicht realisieren. Der Einsatz neuer Materialien und Magnesium ist der leichteste metallische Konstruktions-
die Verfügbarkeit verbesserter Fertigungs- und Fügefah- werkstoff und mit einer Dichte von 1,74 g/cm³ etwa ein
ren hat schließlich zu einer Mischbauweise geführt, bei Drittel leichter als Aluminium und damit besonders attrak-
der unterschiedliche Materialien an den für sie optimalen tiv für den Fahrzeugleichtbau. Außerdem ist Magnesium
Positionen zum Einsatz kommen und so zu einer erheb- nahezu unbegrenzt verfügbar und seine sehr gute Recy-
lichen Gewichtsreduktion geführt haben. Natürlich ent- celbarkeit gewährleistet einen nachhaltigen Werkstof-
halten neue Fahrzeuge auch noch Stahlkomponenten, feinsatz. Magnesiumlegierungen, vorzugsweise Mg-Al-Zn,
insbesondere aus hochfestem Stahl [33]; hinzu kommen werden gegenwärtig von mehreren Fahrzeugproduzenten
aber optimal eingesetzte Leichtbauwerkstoffe, wie Alu- für Druckgussbauteile verwendet. Allerdings begrenzen
minium- und Magnesiumlegierungen, unterschiedliche die Kriechneigung, die Korrosionsempfindlichkeit und
Kunststoffe und glas-, kohle- und auch naturfaserver- die geringe Temperaturbeständigkeit den Einsatzbereich
stärkte Kunststoffe (Flachs, Baumwolle, Leinen) [31]. Die [35]. Beim Umgang mit der Magnesium-Schmelze sind
in Bild 8. abgebildete Karosserie des neue Audi A8 besteht besondere Schutzmaßnahmen erforderlich, um eine Oxi-
beispielsweise aus Aluminium, Stahl, Magnesium und dation zu verhindern. Die Anwendungsmöglichkeiten und
kohlefaserverstärktem Kunststoff [34]. Grenzen von Magnesium im Fahrzeugbereich werden aus-
führlich in [36] und [37] analysiert und Anwendungsmög-
4.2 NEUE WERKSTOFFE FÜR DIE KAROSSERIE lichkeiten dargestellt.
Die Materialauswahl bestimmt maßgebend die physikali-
schen und technischen Eigenschaften der Karosserie und Aluminium ist heute im Karosseriebau der bevorzugte
hat unmittelbar Einfluss auf die Kosten des Bauteiles. Leichtbauwerkstoff vor allem wegen der geringen Kos-
Nicht nur das Gewicht, sondern auch die Fahrdynamik, ten, der guten Verarbeitbarkeit, den guten Festigkeit- und
die Sicherheit und der Komfort, das Crashverhalten und Steifigkeitseigenschaften und der geringen Korrosions-
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neigung [38-39]. Aluminium bietet eine hervorragende zahl unterschiedlicher Materialschnittstellen, die prozess-
Kosten-Nutzenbalance, und es kann prognostiziert wer- sicher und wirtschaftlich realisiert werden müssen [32].
den, dass sein Anteil am Fahrzeug und speziell an der Das erfordert geeignete und zuverlässige Fügeverfahren
Karosserie weiter zunehmen wird [31 und 35]. Durch und die dazugehörigen Montagetechniken, die üblicher-
die Zusammenarbeit von Werkstoffforschern, Alumini- weise von Robotern übernommen werden. Bei unter-
umproduzenten und Bauteilproduzenten (Umformung, schiedlichen Metallen ist durch Potentialtrennung eine
Extrusion, Druckguss) mit den Fahrzeugherstellern wird Kontaktkorrosion zu verhindern. Weiterhin ist den unter-
zukünftig weiteres Potential für den Einsatz von Alumi- schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Mate-
nium erschlossen werden. Dazu gehört die Entwicklung rialien Rechnung zu tragen. Nicht zu vergessen sind die
neuer Aluminiumlegierungen, die sich durch verbesserte in vielen Bereichen erforderlichen Abdichtungen gegen
mechanische Eigenschaften (Festigkeit, Lebensdauer, Feuchtigkeit [46].
Verformbarkeit) auszeichnen und großflächige Karosse- In [5] wurde darauf hingewiesen, dass zukünftig eine
riestrukturen mit geringeren Wandstärken erlauben. Der Integration von mehreren Komponenten zu einem großen
Anteil an Druckgussbauteilen wird auch im Karosseriebau Aluminiumdruckgussteil zu maßgeblichen wirtschaftli-
weiter zunehmen [40-41]. Eine treibende Kraft werden die chen Vorteilen führen würde. Die Autoren stellen aller-
Leichtbauanforderungen von E-Fahrzeugen sein. Auch die dings fest, dass die bisherigen Produktionserfahrungen
Entwicklung und der Einsatz neuer und verbesserter Ver- im Druckgussbereich und die fehlende Ausstattung der
bindungstechniken (Schweißen, Kleben, Löten) werden zu Gießereien mit den erforderlichen großen Druckgießma-
neuen Leichtbaulösungen beitragen. So ist zu erwarten, schinen dieser Entwicklung noch im Wege stehen. Nun
dass zukünftig Aluminium auch für die Außenhaut der hat Tesla angekündigt, zukünftig die Karosserie des Tesla
Karosserie zum Einsatz kommen wird [42]. Models Y zunächst nur aus vier, später aus nur einem
Stück im Aluminiumdruckguss zu produzieren [47]. Im
Kunststoffe sind sehr leichte Materialien und können zur Bild 9. ist die Heckstruktur des Tesla Model Y dargestellt,
Gewichtsreduktion beitragen, wenn sie als nicht lasttra- die demnächst als eine Komponente im Druckguss herge-
gende Bauteile, wie Verkleidungen, eingesetzt werden. stellt werden soll [49].
Der werbewirksame, aber wohl nicht ganz ernstgemeinte Tesla hat sich dazu eine große Druckgießmaschine
Titel des Beitrags „Das Auto der Zukunft besteht aus patentieren lassen [48] und im Frühjahr 2020 bereits zwei
Kunststoff“ [43] zeigt einige interessante Anwendun- dieser weltgrößten Anlagen vom italienischen Hersteller
gen des Werkstoff Polycarbonat, z.B. für die Rundum- IDRA, der diese Anlagen etwas irreführend als Giga-Pres-
verscheibung von Fahrzeugen. Hingegen lassen sich mit sen bezeichnet, angeschafft. In Berlin-Grünheide sollen
Kunstoffbauteilen in Sandwichbauweise mit einem ext- sogar 8 dieser Giga-Pressen aufgestellt und auch der vor-
rem leichten zellularen Kern (z.B. Schaumstoff) auch sehr dere Teil des Rahmens für das Model Y in einem Stück
leichte, lasttragende Strukturbauteile herstellen [30], [44]. produziert werden, wie Tesla im September 2020 berich-
tet hat [50]. Tesla verspricht sich von diesem Fertigungs-
4.3 MISCHBAUWEISE VERSUS KOMPAKTBAUWEISE schritt eine Einsparung im Karosseriebau von 30% sowie
Moderne Karosserien bestehen heute überwiegend aus eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit. Darü-
einer Mischbauweise/Modulbauweise, die zur deutlichen ber hinaus wurde von Tesla eine Gewichtsreduktion der
Gewichtsreduzierung von Karosserien geführt hat. Hierzu Karosserie und dadurch eine Erhöhung der Reichweite der
ist in der jüngeren Vergangenheit umfänglich berichtet E-Fahrzeuge angekündigt. Eine höhere Verwindungsstei-
worden [5]. Das Bild 8. zeigt, wie bei der Karosserie des figkeit soll für eine gesteigerte Sicherheit bei einem Unfall
neuen AUDI A8 die unterschiedlichen lokalen Anforde- sorgen. Es ist unstrittig, dass die Kompaktbauweise die
rungen an das Bauteil durch einen Materialmix und die Teilevielfalt drastisch einschränkt, dadurch den Monta-
Kombination unterschiedlicher Fertigungsverfahren so geaufwand erheblich reduziert, in der Fertigung Platz für
gelöst wurde, dass die jeweiligen Anforderungen opti- Montageroboter einspart und die Logistik der Bereitstel-
mal erfüllt werden. Ein solches Mul-
ti-Material-Design wurde erfolgreich
bereits vor mehr als 10 Jahren im
EU-Projekt Super Light Car (SLC)
umgesetzt, getestet und bewertet
[45]. Die naheliegende Idee eines
Multi-Material-Designs besteht darin,
jedes verfügbare Leichtbaumaterial
so in einer Konstruktion einzuset-
zen, dass für jede Funktion das am
besten geeignete Material genutzt
wird. Als ein zusätzliches, ausschlag-
gebendes Ziel muss die Entwicklung
aber auch zu einem kosteneffektiven
Design führen. Aus einem solchen
Multi-Material-Mix resultiert eine Viel- Bild 9. Heckstruktur (orange) des Tesla Model Y als ein Al-Druckgussteil [49]
13
Fachbeiträge | Giesserei Rundschau 04/2020 JHG 67
lung von Einzelteilen vereinfacht. Die deutlichen Einspa- anzuwenden. Hier erfüllen die heute FEM-basierten Simu-
rungen bei der Montage sind sicher der größte Vorteil der lationsmethoden noch nicht alle Erwartungen. Bei der von
Kompaktbauweise. Dem stehen aber auch offensichtliche Tesla verfolgten Kompaktbaueise der Karosserie stellt sich
Nachteile gegenüber, beispielsweise bei der Reparatur die spannende Frage, ob es gelingt, die avisierte bionische
von Unfallschäden. Ein Problem bei der Fertigung der ext- Karosserieform so zu gestalten, dass sie im Aluminium-
rem großen Aluminiumdruckgussteile besteht darin, den druckguss produziert werden kann. Eine Kombination aus
Ausschuss zu begrenzen und Qualität der Bauteile sicher Topologie- und Formoptimierung unter Beachtung einer
zu erreichen [51]. In diesem Zusammenhang sei auf das Vielzahl von Nebenbedingungen und mehren gegenläufi-
für Druckgussteile unvermeidliche Problem der Poren hin- gen Zielfunktionen (Pareto-Optimalität) mit den vorhan-
gewiesen, die zu einer Verringerung der Bauteilfestigkeit denen Simulationswerkzeugen auf der Basis der FEM zu
und der Lebensdauer führen [52]. Bei sehr großen Bautei- lösen, stellt eine große Herausforderung dar [5].
len kommt es mit Sicherheit auch zu erhöhten Wandtem- Die Simulation beherrscht heute die gesamte Fahr-
peraturen der Druckgießform, sodass es beim Auftragen zeugentwicklung und ist multidimensional. Die physika-
eines Trennmittels infolge des Leidenfrost-Phänomens lischen Teildisziplinen, wie Mechanik (Statik, Festigkeit,
zur unerwünschten Verdampfung kommen kann [53]. In Dynamik), Elektrik (E-Maschine), Strömung, Akustik, Tem-
einem lesenswerten Interview relativiert H. Timm, lang- peratur und Wärmeleitung, Elektronik, Steuerung und
jähriger Leiter des Audi-Leichtbauzentrums, die Aussagen Softwareintegration durchdringen sich gegenseitig und
von Tesla zur Kompaktbauweise und vergleicht sie mit der beeinflussen wechselseitig den gesamten Entwicklungs-
für den Audi A8 entwickelten speziellen Mischbauweise prozess. Dabei gibt es offene Fragen vor allem im Hinblick
(Audi Space Frame) [54]. Er stellt hinsichtlich der Aussage auf genormte Schnittstellen und geeignete Datenaus-
von Elon Musk, 70 Stanzteile durch vier Aluminium-Druck- tauschformate, die die Voraussetzungen für einen durch-
gussteile zu ersetzen, fest, dass damit nicht die gesamte gängigen Simulationsprozess darstellen, durch den es erst
Karosserie, sondern etwa nur ein Drittel der Teile einer ermöglicht wird, die große Systemkomplexität eines Fahr-
modernen Karosserie angesprochen werden. Er erwähnt, zeuges zu beherrschen.
dass auch Audi bereits ein Drittel des Karosseriegewichts
in Aluminium-Druckguss realisiert hat. Timm schätzt das 5. STAND UND ENTWICKLUNG DES
Ziel von Tesla aber als ambitioniert und durchaus realis- FAHRWERKS VON PKW
tisch ein und stellt fest, dass die Bezeichnung „Karosserie
aus einem Stück“ mit Sicherheit genügend Raum zum Ein- 5.1 DEFINITION DES BEGRIFFS „FAHRWERK“
satz anderer Materialien oder Halbzeuge lässt. Das stellt Als Fahrwerk bezeichnet man die Gesamtheit aller Teile
für Timm primär eine „Marketingaktion“ dar. eines Landfahrzeugs, die eine Verbindung des Fahrge-
Welche Technologie sich im Wettbewerb um die stells über die Räder zur Fahrbahn herstellen (nach [58]).
„beste“ Karosserie durchsetzt oder ob es wechselseitige Neben Antrieb und Fahrzeugaufbau ist das Fahrwerk
Annäherungen geben wird, ist noch offen. Auf jeden Fall ein Hauptbestandteil des Automobils. Es besteht aus
werden die Arbeiten von Tesla wichtige Impulse und einen Rädern, Radträgern, Radlagern, Bremse, Radaufhängung,
Entwicklungsschub für die Druckgießtechnologie und alle Fahrschemel, Federung inklusive Stabilisator, Dämpfung
damit im Zusammenhang stehenden fachlichen und wirt- und Lenkung [59].
schaftlichen Fragen auslösen. Aus der Sicht der Veröffentlichung in einer Gießerei-
fachzeitschrift interessieren vorwiegend diejenigen Teile
4.4 SIMULATIONSMETHODEN des Fahrwerks, die durch Urformen fertigbar sind.
Für die Entwicklung neuer Fahrzeuge und deren Bauele- In den letzten Jahren hat sich eine vielfältige Entwick-
mente werden heute durchgängig computergestützte lung wesentlicher Bauteile von Fahrwerken vollzogen:
CAx-Methoden genutzt, die es auf der Grundlage virtu- Insbesondere ging es dabei um einen Wettbewerb ver-
eller Modelle ermöglichen, die zukünftigen realen Pro- schiedener Fertigungsverfahren und Werkstoffe (Bild 10.).
dukteigenschaften wirklichkeitsnah nachzubilden, zu Als Beispiele seien genannt:
analysieren und zu optimieren. Eine ausführliche Analyse
des Standes der Entwicklung findet sich in [5], [55-57]. ▶ Für Vorderachsen: Druckgussteile aus Al,
Im Zusammenhang mit der Elektrifizierung stellt sich die Al-Schweißteile, Stahl-Schweißteile, Al-Schmie-
Frage nach der Unterbringung und der Integration der deteile, Al-Gussteile aus verlorenen Formen oder
schweren, kompakten Batterie in der Karosserie. Dadurch Kokillenguss, GJS-Gussteile, GS-Teile, Stahlschmie-
ändert sich das Strukturverhalten eines Fahrzeugs bezüg- deteile, mehrschalige Stahlblechteile (verschweißt)
lich Festigkeit, Steifigkeit, Fahrdynamik, Akustik und und einschalige Stahlblechteile sowie
Sicherheit (Crash) drastisch und stellt neue Anforderun- ▶ Für Hinterachsen: Stahlrohr, Stahlschweißteile,
gen an die Simulation und die Optimierung der Karosse- Stahlschmiedeteile, Stahl-Profile, Al-Schmiedeteile,
rie. Stahl-Tiefziehteile, Al-Strangpressprofile, Al-Gus-
Die Mischbauweise und der Einsatz neuer und wei- steile, GJS-Teile, Stahl-Stanzteile, Al-Druckgussteile,
terentwickelter Materialien und Materialverbunde im Al-Schmiedeteile.
Karosserieleichtbau erfordern den Materialmix und die
Verbindungsverfahren im Berechnungsprozess zuver- Die verschiedenen Varianten der Bauteile für das Fahr-
lässig zu beherrschen und sicher in der Simulation werk werden hinsichtlich der Kosten, des Gewichts und
14
Giesserei Rundschau 04/2020 JHG 67 | Fachbeiträge
Duroplaste, endlosfaserverstärkte
Kunststoffe, GFK, CFK, aber auch Alu-
minium und unterschiedliche höchst-
feste Stähle. Um das Ganze noch
ein bisschen komplexer zu machen,
kombiniert man diese Werkstoffe zu
Hybriden – als Sandwich-Bauweise
etwa.“[25]
Ein eindrucksvolles Beispiel der
Variantengenerierung und -bewer-
tung ist in [63] für einen Federbein-
dom dargestellt, der aus insgesamt
11 Einzelteilen besteht. Bild 11. gibt
dieses Beispiel in sehr anschaulicher
und didaktisch vorbildlicher Weise
wieder. Jedoch wird auch hier das
Grundproblem derartig hybrider
Konstruktionslösungen erkennbar:
Das Recycling der genutzten Teile
Bild 10. Fünflenker-Hinterachse der AUDI A 6 Limousine zeigt die Verwendung wird nicht einfacher.
verschiedenster Materialien und Teile, nach unterschiedlichen Verfahren gefertigt Zur Entwicklung der Fahrwerke
von PKW gibt es zahlreiche Veröf-
der Umweltwelteinflüsse gegeneinander bewertet und fentlichungen [61, 62, 64]. Der Grundtenor dieser Ver-
ausgewählt [60]. Durch die Weiterentwicklung der Fahr- öffentlichungen ist, dass die Fahrwerksentwicklung den
werkselemente und durch ein immer besseres und tiefe- Spagat zwischen erprobten, hervorragend funktionieren-
res Verständnis der Fahrzeug- und Zuliefererindustrie für den Techniken auf der einen Seite und den Herausforde-
das komplexe Zusammenwirken dieser Komponenten rungen durch neue Antriebs- und Fahrzeugkonzepte auf
konnten gerade in den letzten zwei Jahrzehnten große der anderen Seite zu bewerkstelligen hat. Besonders in
Fortschritte in der Qualität und den Eigenschaften von [64] wird auf die vielfältigen Aspekte hingewiesen, denen
Fahrwerken erzielt werden. Dazu trugen aber auch immer die Fahrwerksentwickler zu folgen haben und die sie
leistungsfähigere Entwicklungswerkzeuge, Materialien beachten müssen (Sicherheit, Dynamik, Komfort).
und Herstellverfahren bei. Die Autoren in [61] sprechen Eine technische Revolution auf dem Fahrwerkssektor
von einem mittlerweile „hohen erreichten Niveau mecha- ist durch den Einsatz leistungsfähiger, vernetzter Fahrwer-
nischer Intelligenz“ in der Fahrwerksentwicklung. kregelsysteme abzusehen. Dabei spielt das Thema der
zeitlichen und räumlichen Vorausschau für Fahrspurfüh-
5.2 ZUR ENTWICKLUNG DES FAHRWERKS rung und Fahrbahnunebenheiten eine große Rolle. Das
Nach [62] ist Leichtbau ist fürs Chassis eine echte Chance: hohe mechanische Ausgangsniveau bleibt dennoch die
„Natürlich müssen auch wir als Fahrwerkentwickler einen unverzichtbare Basis der Fahrwerksabstimmung, auch
Beitrag zu Zero Emission leisten.“ Immer mehr Leichtbau- wenn unter den neuen technischen Randbedingungen der
materialien rückten in den Fokus. „Wir sehen das Thema Kompromisszwang für die konventionellen, passiven Teile
Werkstoffsubstitution vor uns, es kommen neue Materi- des Fahrwerks gegenüber heute reduziert sein wird [64].
alien statt dem Klassiker Stahl auf uns zu: Thermoplaste,
Konzept A Konzept B Konzept C
Hydrogeformter Stahl Hydrogeformter Stahl Bild 11.
Auskonstruierte
GFK
CAD-Konzepte
als Ergebnis der
Konzeptentwick-
lung für einen
Warmgeformter Stahl Aluminiumguss Aluminiumguss Federbeindom
(© Opel) [63]
Konzept E
mit freundlicher
Konzept D
Genehmigung
GFK GFK von Opel-
Vauxhall
Warmgeformter Stahl Aluminiumblech
Aluminiumguss
15Fachbeiträge | Giesserei Rundschau 04/2020 JHG 67
6. ZUSAMMENFASSUNG 8 Rösch, R., Hansen, F., Jeltsch, F Körtge-Sudmann, S.
Two Year’s Experience with Helix Atline Computer
Wegen der hohen gesellschaftlichen Relevanz der PKW ist Tomography (CT) and VG Inline at Volkswagen Foundry
die weitere Entwicklung für breite Schichten der Bevöl- Hanover
kerung von herausragendem Interesse. Die Interessen Anniversary Forum of Volume Graphics Japan, 27. Oktober
2015, Nagoya, Japan
gehen dabei von absolutem Verzicht bis zu unverzichtba-
rem Wert für einen Teil der Nutzer. In Übereinstimmung 9 Schlotterbeck, M., Fritsch, C., Sievers, T. und Christian
mit der gesamtgesellschaftlichen Entwicklung zeigen sich Wojek, C.
Inline-Computertomographie zur automatisierten
zahlreiche Tendenzen der künftigen Gestaltung und Aus-
Bauteilbewertung im Takt der Fertigung
führung der Fahrzeuge. Deutlich erkennbar und mit hoher tm – Technisches Messen 2020; 87(2): 122–129
Wahrscheinlichkeit der Realisierung können folgende Ent-
10 Heikel, C. und Ambos, E.
wicklungsrichtungen angenommen werden: Verringerung
High-Speed Computer Tomography: Pressure Die Casting
der Nutzung der Verbrennungstechnik für den Antrieb und Encyclopedia of Aluminium and Its Alloys, First Edition,
zunehmende Substitution durch elektrische Antriebe, S. 1173 – 1185
damit verbunden ist die entscheidende Verminderung der
11 Ambos, E., Nawrocki, J. und Rohland, B.
Umweltbelastung durch Abgase (wenn es gelingt, Elekt- Die Digitalisierung der Gussfertigung – Gegenwärtiger
roenergie auf anderem Weg als durch Verbrennungskraft- Stand, aktuelle Aufgaben und Zukunftserwartungen
werke zu erzeugen). GIESSEREI-RUNDSCHAU 67 (2020) 02, S. 17 – 23
Auch andere Wege für progressive Antriebe erschei- 12 FA 04
nen aussichtsreich (z.B. durch die Brennstoffzelle). Die Im Automobilbau zählt jedes Gramm
weitere Forschung wird Aufschluss über die zweckmä- Innovative Lösungen mit Rohren und rohrähnlichen
ßigste Antriebform liefern. Profilen verringern Kosten und Gewicht
Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird die Automati- Internet-Anzeige für die Düsseldorfer Messe „Tube“ vom
sierung des Fahrens weiter an Bedeutung gewinnen, 07.-11.12.2020
auch wenn ehemals sehr forsche Vorstellungen über die 13 Gayko, H.
Geschwindigkeit dieses Prozesses wegen der Sicherheit- Bessere Qualität durch optische Oberflächenprüfsysteme
saspekte wohl einen größeren Zeitraum annehmen wer- GIESSEREI 107 (2020) 03, S. 53 – 55
den als ehedem gedacht. 14 Larsen, P.
Eindeutig erkennbar ist, dass die PKW noch für einen Wirtschaftliche und flexible Fertigung von
langen Zeitraum den individuellen Verkehr entscheidend Aluminiumgussteilen im Grünsandverfahren
bestimmen werden. Sie werden auch in Zukunft eine der GIESSEREI 107(2020) 5-6, S. 73 – 77
wesentlichen Verbraucher von Gussteilen sein. 15 Schuster, S.
Industrielle Umsetzung hybrider Fertigungsverfahren
GIESSEREI 107 (2020) 7 – 8, S. 74 – 75
16 Fecht, N.
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Kraftfahrtbundesamt Flensburg 17 Internetauftritt der Bundesregierung
Pressemitteilung 6/ 2020 vom 02.03.2020 08.09.2020
2 Bundesanstalt für Statistik Österreich Wien 18 Nedeljakovic, M.
Kfz-Bestand 2019 Wir brauchen einen kühlen Kopf und eine ruhige Hand
Letzte Änderung 18.08.2020 AUTOMOBIL PRODUKTION (2020), 01, S. 26 – 29
3 Dedy, H. 19 Rüger, M. und Janssen, R.
Hauptgeschäftsführer Deutscher Städtetag Der Transformationsdruck ist angekommen
Internetauftritt 04.09.2020 AUTOMOBIL PRODUKTION (2020), 01, S. 32 – 33
4 Autorenkollektiv 20 Piterek, R.
Trautes Heim, Job allein GIGA – Strukturguss für Modell Y
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Marktübersicht Rückrufe
07.09.2020
16Giesserei Rundschau 04/2020 JHG 67 | Fachbeiträge
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