Die Natur macht es vor

München. In kaum einer Phase ihrer Geschichte war die Automobilindustrie aufgeschlossener für neue Konstruktionsideen und Materialien als derzeit. Galt der Leichtbau noch vor Kurzem vielerorts als teure Kür, wird er nun zur Pflicht – unabhängig von Fahrzeuggröße und Segment. „Dies liegt zum einen an der Klimadiskussion, die eine deutliche Reduzierung des Fahrzeuggewichts zur Senkung des Verbrauchs erfordert“, sagte Peter Klose, Leichtbau- Experte bei der MBtech Group, einem Entwicklungsdienstleister im Daimler-Konzern, der Automobilwoche.

Zum anderen sorgten hohe Rohstoffpreise dafür, dass Material generell eingespart und teure Werkstoffe durch preiswertere ersetzt werden sollen. Eine Umfrage der Technologie- Beratung Invensity bei 100 Branchenexperten ergab, dass die Bedeutung von Stahl mittelfristig deutlich sinken wird. So rechnet die Hälfte der Fachleute mit einer größeren Rolle von Faserverbundwerkstoffen, 41 Prozent können sich auch den vermehrten Einsatz von Kunststoffen vorstellen. „Nachdem sich die Rohstoffpreise 2008 bereits deutlich erhöht haben, ist in den nächsten Monaten mit weiteren Steigerungen um bis zu 60 Prozent zu rechnen. Die Autobauer prüfen deshalb Alternativen“, so Invensity-Geschäftsführer Frank Lichtenberg.

Welche Bedeutung der Leichtbau inzwischen erlangt hat, zeigt das herstellerübergreifende Forschungsprojekt „SuperLight-Car“, das, unter der Führung von Volkswagen, das Ziel hat, Technologien und Design-Konzepte zu entwickeln, die eine Gewichtseinsparung von bis zu 30 Prozent in der Golfklasse möglich machen. Der von der EU geförderten Initiative gehören außerdem Fiat, Opel, Renault, Volvo und Daimler an. „Leichtbau ist ein wichtiger Stellhebel, um den Verbrauch unserer Fahrzeuge zu senken. Wir haben uns daher zum Ziel gesetzt, mit jedem Modellwechsel das Fahrzeuggewicht um fünf Prozent zu reduzieren“, sagt Mercedes-Entwicklungschef Thomas Weber.

VW spricht sogar davon, ganze Fahrzeuge downzusizen, also kleiner und leichter zu machen – bei mindestens gleicher Funktionalität und kaum höheren Mehrkosten in der Produktion. Eine Faustregel besagt, dass durch die Reduzierung des Fahrzeuggewichts um 100 Kilogramm der Verbrauch um 0,3 bis 0,5 Liter pro 100 Kilometer sinkt. Damit lassen sich je nach Fahrzyklus und Fahrzeuggröße zwischen 7,5 und 12,5 Gramm CO2 pro Kilometer vermeiden. Zusätzliche Einsparpotenziale gibt es, wenn wegen des niedrigeren Fahrzeuggewichts downgesizte Motoren verwendet werden können.

„Der größte Herausforderer für Stahl dürfte in den nächsten Jahren wieder das Aluminium sein“, urteilt Diplom-Ingenieur Klose, der einst beim Aluminium-Pionier Audi an der Entwicklung von Leichtbaufahrzeugen mitarbeitete. Auch anderen Leichtmetallen, Kunststoff und Faserverbundwerkstoffen bescheinigt er großes Potenzial (siehe Grafik). Bei Faserverbundwerkstoffen denkt der Werkstoff-Experte nicht nur an Carbon, das immer noch sehr teuer ist und dessen Wiederverwendbarkeit bisher nicht geklärt ist. Benötigt würden vielmehr vor allem preiswerte Materialien wie glas- oder polymerfaserverstärkte Werkstoffe. Keine Chance gibt Klose hingegen nachwachsenden und recycelten Rohstoffen. „Solche Materialien verfügen nicht gesichert über die stets gleichen Eigenschaften. Sie eignen sich deshalb nicht für Hightech-Anwendungen“, stellt er klar.

Gleichzeitig gibt Klose zu bedenken, dass der traditionelle Werkstoff Stahl noch ungeahnte Weiterentwicklungsmöglichkeiten hat, wie zahlreiche neue Typen zeigten. In welchem Maße Stahl in Zukunft tatsächlich ersetzt werden wird, hängt seiner Ansicht nach nicht alleine von der Entwicklung innovativer Werkstoffsysteme ab. „Wir verfügen teilweise noch nicht einmal über die geeignete Oberflächen- und Fügetechnik für vorhandene Materialien. Sollte hier der Durchbruch gelingen, wird Stahl zu einem deutlich höheren Grad als bisher prognostiziert substituiert werden können“, so Klose.

Bei Magnesium etwa hat man bisher noch keine Schutzschicht gefunden, die dem Feuerverzinken bei Stahlwerkstoffen entspricht. Auch die Verbindung von Leichtmetall mit anderen Werkstoffen ist noch nicht zufriedenstellend gelöst. Ebenso gibt es für viele andere Materialien noch keine geeigneten kostengünstigen Trenn- und Fügeverfahren. „Wir brauchen eine engere und besser organisierte Zusammenarbeit von Materialproduzenten sowie Maschinen- und Anlagenbauern mit Autoherstellern und Zulieferern“, fordert Klose. Ziel müsse es sein, von Anfang an bei einer Konstruktion eng zu kooperieren und nicht wie bisher funktional getrennt.

Zusätzlich plädiert der Leichtbau- Experte dafür, ein Fahrzeug bei der Entwicklung und Konstruktion grundsätzlich wieder mehr in seiner Gesamtheit zu betrachten. Häufig werde bei bestehender Konstruktion nur ein Bauteil durch ein anderes aus einem anderen Material ersetzt, bemängelt Klose. „Beim optimalen Leichtbau geht es hingegen um die innovative Neukonstruktion unter Einbeziehung aller Parameter.“

Dabei steht sowohl beim Konstruktionsprinzip als auch bei den Materialen die Natur Pate. So gehe der Trend in Richtung Hohlstrukturen und „gerichtet orientierte“ Werkstoffe. Holz verfügt beispielsweise über solche Eigenschaften. „Im Flugzeugbau wird bereits so konstruiert. Und dies wird auch in der Autoindustrie Einzug halten“, ist sich der Ingenieur sicher. Dieser Ansatz verursacht natürlich zunächst Mehrkosten, räumt Klose ein. Dennoch seien am Ende in der Serie wieder deutliche Einsparungen zu erzielen: „Leichtbau muss nicht unbedingt teurer sein.“