Leichtmetall trotzt Stahl und Kohlefaser

München. Trotz Fortschritten beim Leichtbau mit Stahl und unbeeinflusst von der Diskussion um Kohlefaserverbundwerkstoffe: Aluminium wird als Leichtbauwerkstoff im Automobil nicht nur nicht verdrängt – es bekommt gerade den wohl stärksten Schub der Geschichte: Mit dem neuen Pick-up F 150 hat Ford ein Zeichen gesetzt. Abgesehen vom Stahlrahmen besteht die komplette Karosserie aus Aluminium. Und weil er das meistverkaufte Fahrzeug in den USA ist, steigt Ford damit schlagartig zum größten Abnehmer von Aluminiumwalzprodukten in der Automobilindustrie auf. Zuvor lag der Aluminium-Anteil bei Ford-Fahrzeugen im Durchschnitt unter einem Prozent.

Mit rund 350.000 Tonnen pro Jahr verbraucht die F-150-Fertigung rund ein Drittel der rund 1,1 Millionen Tonnen Alu-Bleche, die 2015 weltweit in Autos verbaut werden. Dank einer Gewichtsreduzierung um insgesamt rund 320 Kilogramm, zu denen die Alu-Karosserie rund 180 Kilogramm beiträgt, wiegt der leichteste F 150 nur noch 1954 Kilogramm.

Dass soll erst der Anfang sein. „Wir gehen davon aus, dass sich der Einsatz von Aluminiumblechen in Pkw bis 2020 auf 2,2 Millionen Tonnen verdoppeln wird. Die Menge des verwendeten Stahls hingegen dürfte sich kaum verändern“, sagt Pierre Labat. Er ist Automotive-Chef bei Novelis, nach eigenen Angaben Marktführer für Alu-Bleche in der Automobilindustrie in Europa, den USA und China. Novelis und Alcoa liefern gemeinsam die Bleche für den F 150. Ein weiterer Treiber des Alu-Trends ist der Jaguar XE, dessen Karosserie zu 75 Prozent aus Alublechen – allein von Novelis – besteht. So viel Alu in einem Mittelklassefahrzeug gab es noch nie.

Auch Aluminium-Pionier Audi, der vor gut zwei Jahrzehnten mit dem ersten Spaceframe aus Aluminium das Leichtmetall in der Automobilindustrie populär gemacht hat, weitet den Alu-Einsatz von oben nach unten aus. „Wir steigern den Aluminiumeinsatz Top-Down. Der Audi A8 ist fast komplett aus Aluminium und setzt damit den Benchmark in seinem Segment, beim A6 haben wir Türen und Klappen komplett auf Aluminium umgestellt. Und der aktuelle A3 hat erstmalig eine Aluminium-Frontklappe“, sagt Bernd Bernd Mlekusch. Der neue Leiter des Audi-Leichtbauzentrums ist sicher: „Trotz der Konkurrenz durch CFK und höchstfeste Stähle ist und bleibt Aluminium der Leichtbauwerkstoff schlechthin.“

Dabei sind Radikallösungen wie die komplett aus Alu bestehende F-150-Karosserie nur ein Ansatz. In Deutschland geht der Trend stark zum Multimaterialleichtbau. Hier liegt der „Schlüssel zum Erfolg beim Aluminiumeinsatz in den Fügetechniken, um beispielsweise Aluminium und Stahl zu verbinden. Nur so lässt sich die Strategie ‚das richtige Material an der richtigen Stelle in der richtigen Menge‘ optimal umsetzen“, unterstreicht Mlekusch. Aluminium-Stahl-Verbindungen setzte Audi bereits beim neuen Q7 ein. Allerdings sei die Umsetzung in der Produktion „noch nicht so einfach, wie wir es uns wünschen“.

Weitere Fortschritte beim Aluminiumeinsatz erwarten auch Leichtbauexperten im Ford-Forschungszentrum in Aachen. Zwar sei durch höher feste Stähle, die Warmumformung, bei der die hohe finale Härte erst beim Umformen entsteht, oder durch Tailored Blanks, der Vorsprung von Alu gegenüber Stahl etwas geschrumpft. Aktuell arbeite man daran, vergleichbare Verbesserungen auch beim Aluminium zu erreichen – und dadurch den Vorsprung wieder auszubauen. Ohnehin ist der Leichtbauvorteil immer noch deutlich. „Gerade bei flächigen Anwendungen wie Türen oder Klappen liegt der Gewichtsvorteil von Aluminium gegenüber Stahl immer noch bei rund 50 Prozent“, sagt Bernd Mlekusch.

Die verbesserten Legierungen werden kommen, verspricht Pierre Labat: „Wir werden noch stärkere Bleche entwickeln. Neue Alu-Legierungen werden noch komplexere Umformungen zulassen“, sagt der Novelis-Manager.

Geschweißte Aluminium-Tailored-Blanks – also Bleche mit lokal unterschiedlichen Dicken – sind bereits verfügbar und werden weiter entwickelt. Für die Entwicklung solcher Bleche war Novelis eine Kooperation mit ThyssenKrupp eingegangen. Sie läuft nun weiter mit der chinesischen Wuhan Iron and Steel Corporation (Wisco), an die ThyssenKrupp 2013 sein Tailored-Blanks-Geschäft verkauft hat. Tailored Blanks aus Alu, so Labat, werden beispielsweise für die Tunnelverstärkung im Mercedes-Benz SL eingesetzt. Bei Rolled Tailored Blanks laufe die Entwicklung an, berichten Experten.

Hoffnung setzt Labat auch in die „Fusion-Technologie“, die sandwichartig unterschiedliche Alu-Legierungen verbindet. Ein Blech kann dann beispielsweise im Wesentlichen aus einer gut umformbaren Legierung bestehen, die von einer zweiten Legierung mit besonders hoher Oberflächengüte überzogen ist. Im Einsatz seien Fusion-Bleche im 7er BMW sowie in der Mercedes S-Klasse. In weiteren Fahrzeugen werden sie laut Novelis Ende des Jahrzehnts in Serie gehen.

Die Fertigungskapazitäten wachsen mit. Allein Novelis will 2015 durch Erweiterungen oder Neubauten die Kapazität der eigenen Walzanlagen auf 900.000 Tonnen pro Jahr steigern. Auch andere Lieferanten bauen neue Anlagen. Um den Einsatz von Energie und frischem Rohaluminium drastisch zu senken, steigere man ständig den Recyclinganteil, betont Labat. Zusammen mit Jaguar Land Rover in Großbritannien und Ford in den USA habe man Recyclingsysteme eingerichtet, mit denen die Hersteller die Alu-Produktionsabfälle sortenrein sammeln. Das ist wichtig, da auf diese Weise beim Einschmelzen ohne Zusatzaufwand wieder die ursprünglichen Qualitäten erreicht werden. Im Festland-Europa müsse der Trend zum sortenreinen Sammeln noch forciert werden. Bislang, so Labat, trennten die meisten Automobilhersteller nur Stahl- und Aluminiumabfälle.