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

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Tesla wirbt damit, dass die aus einem Guss gefertigte Karosserie sicherer sei, weil Kräfte zum Beispiel bei einem Unfall besser abgeleitet würden. Aluminium hat aber eine geringere Festigkeit als Stahl. Ist die versprochene höhere Sicherheit tatsächlich möglich?

Ob das beim Tesla erreicht wird, kann Tesla am Ende nur selbst beweisen. Grundsätzlich könnten durch die neuen Gussteile gegebenenfalls Geometrien mit optimalen bionischen Strukturen realisiert werden, wodurch Kraftflüsse frei von Biegemomenten abgestützt werden könnten.

Das Tesla-Karosseriekonzept wird, wie schon gesagt, nicht ausschließlich aus Gussteilen bestehen. Eine komplexe Struktur wie eine Karosserie mit extrem unterschiedlichen Belastungsfällen, aus nur einer Werkstoffgattung zu konzipieren, entspricht nicht dem State of the Art, um den besten Kompromiss in Funktionalität und Wirtschaftlichkeit zu erzielen. Hierfür sind eindeutig materialhybride Konzepte angesagt. Hier sollten wir geduldig das Sicherheitskonzept von Tesla abwarten.

Was ich sicher sagen kann ist, dass trotz geringerer Festigkeit des Aluminiums die „Audi Space Frame“-Karosserien in den Standardtests jeweils geringere Intrusionen aufwiesen als vergleichbare Stahlblechkarosserien. Das Space-Frame-Konzept beruht auf einem Knoten/Schaft-Prinzip mit jeweils geringen Knicklängen. Die Fahrgastzelle ist somit wie ein Sicherheitskäfig konzipiert, wie er bei Sporteinsätzen von Serienfahrzeugen oft erst nachträglich eingeschraubt wird. Die Materialfestigkeit ist also nicht der einzige Parameter für die Fahrzeugsicherheit.

Als Sonderfälle sind jedoch die Missbrauchstest zu sehen, bei denen punktuell eingeleitete Kräfte das Leistungsniveau eines Materials überfordern. In diesen kritischen Bereichen sind materialhybride Konzepte einzusetzen.

Wie sieht es kostenseitig aus? Aluminium ist ein teurer Werkstoff. Kann es sich wirtschaftlich überhaupt lohnen, daraus eine ganze Karosse herzustellen?

Wenn man es richtig macht und ganzheitlich im Fahrzeugkonzept umsetzt, kann man ein Auto mit erheblich besserer Funktion wirtschaftlich realisieren. Dafür müssten in einem Unternehmen jedoch alle Bereiche an einem Strang ziehen, oder es müsste einen CEO haben, wie es Audi einst mit Dr. Piëch hatte. Er hatte eine klare Vision für ein verbrauchsarmes und dennoch sportliches Auto und die Macht, die Bereiche auszurichten.

Als Audi 1994 mit dem ersten Audi A8 den Schritt in eine Vollaluminium-Karosse tat, gab es alternativ ausschließlich selbsttragende Stahlblechkarosserien aus dem einfachen Tiefziehstahl. Heute gibt es dagegen sehr viele Materialalternativen aus dem Spektrum der unterschiedlichen Stahlblechqualitäten bis hin zu Composites mit Carbon-Fasern. State of the Art sind heute Materialhybride gemäß dem Ziel: Den richtigen Werkstoff in kleinster Menge funktionsabhängig am richtigen Platz.

Zurück zu Ihrer konkreten Frage. Die wirtschaftliche Realisierung neuer Technologien verlangt neben den Materialkenntnissen auch die Offenheit fürs Ganze. Unverständlicherweise denken noch zu viele in Kilo-Kosten und nicht in Funktionskosten. Bei 50 Prozent Gewichtseinsparung kostet der teurere Werkstoff eben auch nur noch die Hälfte bezogen auf die Funktion. In der Produktion entsteht selbstverständlich Produktionsschrott der rückgeführt wird. Die höheren Erträge für die Rückführung des teureren Produktionsschrottes gehören selbstverständlich in die Projektrechnung. Ganz wichtig ist, die sekundären Gewichtsreduzierungen monetär zu bewerten und in die Projektrechnung einzubeziehen.

Ein Kilogramm Auto hat einen nicht unerheblichen Durchschnittspreis – diesen mit den sekundär ersparten Kilogramm zu multiplizieren kann einen wesentlichen Teil der Materialmehrkosten kompensieren. Beim ersten Audi A8 landeten wir so letztlich bei einer wirtschaftlichen Entscheidbarkeit.

Müssen sich deutsche Automobilhersteller sorgen, dass das neue Verfahren ihre bestehenden Rohbauanlagen im Wortsinn alt aussehen lässt?

Bei jedem Modellwechsel werden Produktionsanlagen ohnehin weitgehend erneuert. Moderne Karosserien sind aktuell Materialhybride, die Produktionsanlagen bereits auf flexible Materialpaarungen eingerichtet. Die alternativen Antriebsstränge erfordern neue Schnittstellen und flexible Modularität. Die aus dem angesagten Tesla-Karosserie-Konzept zu erwartenden Veränderungen dürften in den Werken keine Kopfschmerzen auslösen.

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Über Heinrich Timm

Heinrich Timm, Jahrgang 1947, studierte Fahrzeugtechnik in Hamburg. 1972 startete er seine Berufslaufbahn bei Audi in Ingolstadt als Entwickler für Gesamtfahrzeugkonzepte. Im Jahr 1977 wurde Timm Gruppenleiter der Vorentwicklung Aufbau. Ab 1980 nahm er im Audi-Management diverse Leitungsstellen ein:

  • 1980 Leiter Vorentwicklung Aufbau
  • 1982 Leiter Konzeptentwicklung und Grundlagen
  • 1994 Technischer Projektleiter Audi A3
  • 1996 Leiter Technische Projektleitungen der A-Reihe
  • 1998 Leiter des Bereiches „Technische Projektleitungen Audi TE“
  • 2003 Leiter des Bereiches „ Audi-Leichtbau-Zentrum „
  • 2003 bis 2007 Audi Gesamtprokura
  • 2011 & 2012 Audi Technologie Netzwerke

Seit dem Jahr 2007 ist Heinrich Timm Mitglied im Vorstand des Carbon Composites e. V. / Composites United e. V.

Wie beurteilen Sie weitere Bedenken zu Steifigkeit, Reparatur und Ökobilanz bei Aluminium?

Das sind drei Disziplinen, die leider bereits seit Jahrzehnten von negativen Vorurteilen geprägt werden, obwohl seit Jahrzehnten eindeutige Fakten vorliegen. Steifigkeit ist das Produkt aus Elastizitätsmodul und Trägheitsmoment, die geringere Festigkeit hat keinen Einfluss auf Steifigkeit. Das ASF-Konzept haben wir erfunden, weil wir mit dieser Bauweise den wesentlich geringeren Elastizitätsmodul (1/3 von Stahl) von Aluminium kompensieren konnten. Die Space-Frame-Karosserien waren trotz mehr als 40 Prozent Gewichtsreduzierung stets auch best-in-class im Steifigkeitsvergleich.

Mit dem Vorurteil, dass Alu-Karossen nicht reparierbar seien, wurde ich schon vor 25 Jahren immer wieder konfrontiert. Seit der Einführung der ASF-Aluminium-Karosseriebauweise in 1994 wurde der Audi A8 in der untersten Versicherungsstufe seines Segments eingeordnet und blieb auch nach den Felderfahrungen in dieser Einstufung – weil in der Konzeptauslegung der Karosserie die Reparierbarkeit entsprechend berücksichtigt wurde. Alle anderen Modelle mit ASF-Karosserien waren ebenfalls best-in-class eingestuft. Die Tatsache, dass Versicherungsgesellschaften uns bestimmt nichts schenken, sollten auch den größten Skeptiker überzeugen.

Über Ökobilanzen kann man famos streiten. Hierbei nimmt gern jeder den Blickwinkel ein, der seinem Interesse entspricht. Darum möchte ich eine simple Ableitung wählen: Das Recycling von Aluminium bedarf weniger als ein Zehntel der Energie vom Stahlrecycling und kann wieder und wieder wiederholt werden. Wer hier mal neutral kalkuliert erhält realistische Antworten.

Als Schlusssatz möchte anfügen: Ich verstehe mich als Leichtbau-Entwickler, der in Abhängigkeit der Funktionsansprüche den dafür jeweils am besten geeigneten Werkstoff unter ökologischen und ökonomischen Prämissen zum Einsatz bringen möchte. Funktionsansprüche sind im steten Wandel und darum ist der Wettbewerb der Technologien notwendig um generell einen Technologievorsprung zu erhalten.

Die Fragen stellte Thomas Günnel

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Über den Autor

 Thomas Günnel

Thomas Günnel

Redakteur/Fachjournalist, Redaktion AUTOMOBIL INDUSTRIE