Superleicht und doch stabil

Weniger Gewicht heißt die Devise. Zukünftige Fahrzeuge sollen leichter gebaut sein, um den Verbrauch an Kraftstoff und damit die CO2-Emissionen weiter zu reduzieren. Innovationen für Sicherheit und Komfort führten bis vor kurzem dazu, dass die Autos von einem Seriennachfolger zum nächsten immer schwerer wurden. „Dieser Trend ist mit den heutigen Serienfahrzeugen bereits gestoppt“, sagt Gundolf Kopp vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Stuttgart. Seit etwa zwei Jahren halten sie ihr Gewicht, und in Zukunft soll es rapide sinken. Ein Minus von dreißig Prozent in der Karosserie ist das Ziel, verglichen mit einem Mittelklasse-Fahrzeug aus Stahl. Das macht immerhin 85 Kilogramm – oder 6,8 Gramm CO2 je Kilometer.     Strengere EU-Richtlinien für den CO2-Ausstoß und stetig steigende Kraftstoffpreise verlangen, dass der Energieverbrauch gesenkt wird. Zum Beispiel durch den Einsatz leichterer Materialien.

Für die Automobilindustrie ist die Entwicklung neuer Konzepte für den Leichtbau eine europäische Herausforderung. Unter Führung der Volkswagen AG haben sich 37 Partner aus neun Ländern zum Projekt Super Light Car (SLC) zusammengeschlossen. Sieben große Automobilhersteller holten sich Zulieferer und namhafte Forschungsinstitutionen mit ins Boot, darunter auch das Deutsche Zentrum für Luftund Raumfahrt mit seinem Institut für Fahrzeugkonzepte in Stuttgart. Mit einem Gesamtbudget von 19,2 Millionen Euro entwickeln die Partner seit dem Jahr 2005 (im 6. EU-Rahmenprogramm) neue Leichtbaukonzepte. Die Maxime lautet Multi Material Design. „Man könnte natürlich das Auto aus superleichten Kohlefasern (CFK) bauen, aber das kann niemand bezahlen“, sagt Gundolf Kopp, der beim DLR die Projektleitung für SLC hat. Stattdessen gelte es, den richtigen Werkstoff an der richtigen Stelle einzusetzen. Für jedes Bauteil prüfen die Forscher systematisch, ob es Einsparpotenzial gibt und welches Material aus der Leichtbaupalette – Magnesium, Aluminium, Stähle, CFK – am besten dafür geeignet ist.

Dabei geht es nicht nur darum, die technischen Stärken der einzelnen Werkstoffe zu berücksichtigen. „Die Projektpartner haben den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeuges im Blick, inklusive Recycling“, betont Kopp. Schließlich dürfen die Materialien nicht zu teuer sein, und die Hersteller müssen das Produkt auch fertigen können. Am Ende soll das Fahrzeug den Anforderungen der Automobilindustrie beispielsweise hinsichtlich Crashsicherheit, Korrosionsschutz und Materialermüdung genügen. Und das bei verkraftbaren Mehrkosten. Ein Minus von etwa 24 Kilogramm geht auf das Konto des Teams beim DLR in Stuttgart. Für den Vorderwagen des Autos, den Raum um den Motor, haben die Ingenieure zum Beispiel einen Federbeindom aus Magnesium und einen Längsträger sowie weitere Teile aus Aluminium entworfen. „Das Magnesiumbauteil bietet gleich doppelte Sparmöglichkeit“, sagt Gundolf Kopp. Zum einen ist Magnesium leichter als Stahl oder Aluminium. Und zum anderen kann es als Gussteil ausgeführt werden. So können verschiedene Elemente in einem Bauteil vereint werden. Dadurch wird es möglich, sowohl die Zahl der Montageschritte als auch das Gewicht zu reduzieren. Magnesium hat allerdings den Nachteil, dass es im Vergleich zu anderen Leichtmetallen nicht so dehnbar ist. Deshalb müssen die Ingenieure – zunächst in virtuellen Crashtests – überprüfen, ob die Bauteile bei einem schweren Unfall nicht zu früh versagen und dann möglicherweise in den Fahrerraum eindringen. „Diese vielen zum Teil gegensätzlichen Eigenschaften – leicht und sicher, innovativ, zuverlässig und kostengünstig – unter einen Hut zu bringen, ist für alle eine große Herausforderung“, erklärt Kopp. Deshalb sei es besonders wichtig, das unterschiedliche Know-how der internationalen Partner zu nutzen und sich bei den Teilprojekten zu unterstützen, zum Beispiel mit komplexen Berechnungen oder Materialprüfungen.