Hybrider Leichtbau ist eine wichtige Schlüsseltechnologie in der Fahrzeugindustrie.
Denn mit ihr erschließt man langfristig und in Großserie noch mehr Potenzial im Leichtbau. Reduktion von CO2-Emissionen, mehr Elektromobilität, verbesserte Sicherheitssysteme und gleichzeitig Einsparungen an Gewicht – die aktuellen Herausforderungen der Automobilindustrie sind groß.
Fahrzeugbauer stehen deshalb in einem Spannungsfeld: aus Wünschen der Kunden, hartem Wettbewerb, aber auch Anforderungen der Gesetzgeber. Leichtbau ist bekanntlich eine entscheidende Antwort darauf. Er gilt besonders in der Fahrzeugindustrie als Schlüsseltechnologie, um Mobilität künftig nachhaltiger und ressourcenschonender zu gestalten.
Hybride Werkstoffe
Allerdings stoßen die konventionellen Leichtbaustrategien inzwischen an ihre Grenzen, wenn noch weiter an Gewicht gespart werden soll, und dies unter restriktiven wirtschaftlichen Randbedingungen. Bei der weiteren Gewichtsreduzierung sollen zukünftig hybride Werkstoffstrukturen helfen. In diesen hybriden Strukturen werden verschiedene Werkstoffe optimal belastungsgerecht eingesetzt, um die Verwendung von teuren monolithischen Leichtbauwerkstoffen zu minimieren.
Mit diesen Werkstoffverbunden reduziert man zum Beispiel die Masse von Tragwerkstrukturen oder Bauteilen. Gleichzeitig gelingt es mit ihnen, die Leistung der Bauteile zu erhöhen. Denn die hybriden Strukturen werden genau so ausgelegt, dass maßgeschneidert genau dort, wo erforderlich, die richtigen Eigenschaften eingestellt werden. Die Bauteile sind dann steifer, fester, zäher oder mit besserem Schwingverhalten ausgestattet als herkömmliche Strukturen.
Zum Einsatz für diesen besonderen, intelligenten Materialmix kommen Faserverbundwerkstoffe, hochfeste Kunststoffe, leichte Hochleistungslegierungen aus Aluminium oder Magnesium sowie dünnwandige hoch- und ultrahochfeste Stähle.
Praktisches Know-how
Egal, welche Stoffe sich erfolgreich eignen oder sogar im gegenseitigen Wettbewerb stehen: Sie müssen Masse einsparen, maximal funktionstüchtig und gleichzeitig technisch und wirtschaftlich in der Produktion serienmäßig umsetzbar sein.
Problematisch ist zum Beispiel, dass kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, aber auch neue Leichtmetalllegierungen deutlich energie- und kostenintensiver in der Herstellung sind als bisherige Bauteile aus Stahl und Aluminium. Wichtig ist für Fahrzeugbauer daher immer der ganzheitliche Blick im Lebenszyklus, also die Produktion der Rohmaterialien und der Bauteile, die Nutzung im Fahrzeug sowie das spätere Recycling.
Impulsgeber Forschungsfabrik
Für den großen Sprung von den theoretischen Ideen auf dem Computerscreen und im Labor in die industrielle Großserienproduktion wird in Deutschland deshalb unter anderem auf Innovationscluster gesetzt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt sie im Rahmen der Hightech-Strategie 2020 für Deutschland mit der Förderinitiative „Forschungscampus – öffentlich-private Partnerschaft für Innovationen“.
Sogenannte Forschungscampus sind der Grundstein für einen neuen Typ von Forschungsstrukturen und dienen zudem als regionale Impulsgeber. Entwicklungen in den Forschungsfabriken, wie sie zum Beispiel am Automobilstandort Wolfsburg für die Schlüsseltechnologie Hybrider Leichtbau entstehen, werden dann als neue Ergebnisse der Wissenschaft sofort praktisch in den Strukturen der Produktion der Unternehmen erprobt. Nur so gelingt ein Leichtbau in der Großserie, der auch weiteren Anforderungen an Varianten, Sicherheit und Qualität gerecht wird.