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Leichtbau-Experte Karosserie aus einem Guss: „Eine schöne und lohnenswerte Aufgabe“

| Autor: Thomas Günnel

Tesla wirbt damit, bald eine Karosserie „aus einem Guss“ zu fertigen. Heinrich Timm, Mitglied des Vorstands Composites United e.V. und langjähriger Leiter des Audi-Leichtbauzentrums, ordnet die Ankündigung ein.

Heinrich Timm hat den „Audi Space Frame“ maßgeblich entwickelt.
Heinrich Timm hat den „Audi Space Frame“ maßgeblich entwickelt.
(Bild: Heinrich Timm)

Herr Timm, Sie haben maßgeblich den „Audi Space Frame“, kurz ASF, entwickelt, vereinfacht gesagt ein Verbund aus Druckgussknoten und Strangpressprofilen. Jetzt will Tesla nahezu die gesamte Karosserie aus einem Guss herstellen. Löst dieses Verfahren Ihre Idee ab?

Mit Bezug auf die genannte Aussage von Elon Musk, 70 Stanzteile durch vier Aluminium-Druckgussteile zu ersetzen, weiß der Fachmann, dass nicht die ganze Karosserie damit angesprochen wird, sondern etwa ein Drittel der Teile einer modernen Karosserie. Bei den Karosserien der zweiten und dritten Generation des Audi A8 wurde jeweils ein Drittel des Karosseriegewichts in Aluminium-Druckguss realisiert.

Die von Elon Musk genannte Größenordnung bedeutet circa 17 Blechteile in ein multifunktionales Druckgussteil zu integrieren. Dieses Ziel ist ambitioniert aber durchaus realistisch. In den Audi-A8-Fahrzeugen finden sie zum Beispiel schon seit Generationen den Federbeintopf vorn als Aluminium-Druckgussteil, dabei wurden zehn Blechteile zu einem Druckgussteil zusammengefasst. Dieses Konzept wurde zwischenzeitlich von allen Premiummarken übernommen und ist selbst in der Mittel-Klasse zu finden, z. B. Mercedes-Benz C-Klasse. Die Gewichtseinsparung bei Audi betrug 10,9 Kilogramm pro Fahrzeug.

Es ist erstmal eine Marketingaktion.

Elon Musk löst also, wenn er sein Vorhaben realisiert, nicht das ASF-Basiskonzept ab, sondern optimiert die „ASF-Komponente-Druckguss“ weiter. Die Bezeichnung „Karosserie aus einem Guss“ lässt mit Sicherheit genügend Raum zum Einsatz anderer Materialien oder Halbzeuge und ist erst einmal eine Marketingaktion.

Schauen sie zum Beispiel auf die sogenannte Carbon Karosserie eines BMW i3. Bezogen auf das Gewicht des sogenannten Life-Moduls waren etwa 50 Gewichtsprozente in CFK-Composite, beziehen Sie das Drive-Modul in die Karosserie mit ein, war es knapp ein Viertel des Karosseriegewichts.

Wie schätzen Sie das Verfahren grundsätzlich ein, ist es praktikabel? Welche Schwierigkeiten sehen Sie?

Grundsätzlich begrüße ich jedes Bestreben, die Potenziale aus Technologien und den dazugehörigen Prozessen herauszukitzeln. Nur der Wettbewerb in den Weiterentwicklungen aller Technologien bringt unsere Wirtschaft voran. So sind die CFK-Monocoque-Bauweisen, (Anm. d. Red.: Eine Insassenkabine in einer Baueinheit) die für Kleinserien seit Jahren auf dem Markt sind, auf jeden Fall eine gute Herausforderung, um ähnliches im alternativen Leichtbauwerkstoff Aluminium zu realisieren. Dabei darf nie versucht werden zu substituieren. Jedes Materialkonzept verlangt sein spezifisches werkstoffgerechtes Konzept.

Grundsätzlich sehe ich in neuen Herausforderungen keine Schwierigkeiten, sondern Aufgaben. So hat Tesla die Aufgabe zu lösen, nach bionischen Grundregeln die aluminiumgerechte Geometrie zu definieren, die gießtechnisch realisierbar ist. Das ist eine schöne und lohnenswerte Aufgabe.

Wie groß kann das Einsparpotenzial sein, gegenüber einem klassischen Karosserierohbau?

Eine Pauschalantwort kann auf diese Frage nicht gegeben werden, weil sehr viele Parameter in einer seriösen Antwort berücksichtigt werden müssten. Ohne Ihnen eine Antwort mit einer Prozentangabe zum Einsparpotenzial zu geben, bestätige ich das Ziel zur Teilezahlreduzierung ausdrücklich als sehr lohnenswert. Die Reduzierung der Teilezahl ist unabhängig vom Material ein sehr großer Hebel zur Kostenreduzierung.

Zusätzlich wird jedes Kilogramm Gussbauteil mit zunehmender Größe und Multifunktionalität günstiger. In der Entwicklungsgeschichte des Audi A8 realisierten wir folgende Teilezahl-Reduzierungen: Vom Audi V8 (Stahlblech) zum Audi A8-D2 (Vollaluminium) über 30 Prozent, vom A8-D2 zum A8-D3 knapp 20 Prozent, vom A8-D3 zum A8-D4 gut 6 Prozent. Das Tesla-Vorhaben ist auf jeden Fall erstrebenswert. Um ein Empfinden zu bekommen, wie stark die Einsparpotenziale variieren können, soll ein Blick auf einige Einflussparameter helfen, die da sind.

  • Werkzeuginvestitionen: Das Investitionsdelta „Tiefziehwerkzeuge zu Druckgusswerkzeuge“ ist nicht in Prozenten, sondern in Faktoren zu beziffern. Ein mittleres Tiefziehwerkzeug kostet einige Millionen Euro, ein mittleres Druckgusswerkzeug einige hunderttausend Euro. Je nach Stückzahl sind hier jedoch Folgewerkzeuge zu berücksichtigen. Für kleine Stückzahlen führen zum Beispiel die noch teureren CFK-Composites auf Grund der extrem niedrigen Werkzeuginvestitionen zum positiven Business Case.
  • Produktionsstückzahl: Die geplante Stückzahl hat den erheblichsten Einfluss auf das Ergebnis im Business Case. Amortisations- und Materialkosten wechseln hier in ihrer Bedeutung.
  • Vorrichtungsinvestitionen: Es werden zwar weniger Vorrichtungen als im Blechzusammenbau benötigt, diese müssen auf Grund der Gussteilesteifigkeit jedoch erheblich steifer sein.
  • Produktionsfläche: Weniger Teile bedeutet weniger Zusammenbaustationen und folglich weniger Produktionsfläche.
  • Logistik: Weniger Teile bedeutet entsprechend geringerer Logistikaufwand.
  • Veränderte Produktionszeit: Weniger Teile heißt weniger Verbindungstechnik und damit weniger Fertigungszeit.
  • Greenfield-Investment oder Werkumrüstung: Diese Entscheidung kann nicht immer frei gewählt werden. Je nach Situation kann man hier bei unterschiedlichen Materialkonzepten landen.

Von der Antwort Ferdinand Dudenhöffers „20 bis 30 Prozent“ distanziere ich mich, zumal er sich ausschließlich auf die Anzahl der Roboter bezieht.

Die Karosserie benötigt Anbindungspunkte für Anbauteile. Wie lassen sich diese integrieren, wenn die Karosserie aus einem Guss hergestellt wird?

Gerade die Integration der Anbindungselemente für Anbauteile verhilft zu einer enormen Teilezahlreduzierung. Die Integration der Anbindungselemente ist State of the Art seit dem ersten Audi A8 im Jahr 1994. Ein Weg ist, die Elemente verkapselt in die Werkzeuge einzulegen und einzugießen.

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Über den Autor

 Thomas Günnel

Thomas Günnel

Redakteur/Fachjournalist, Redaktion AUTOMOBIL INDUSTRIE