Immer mehr wird abgespeckt, und es geht den Entwicklern dabei um jedes Gramm – und zwar aus gutem Grund. Denn besonders bei Fahrzeugen gilt: Geringeres Gewicht bedeutet weniger Verbrauch und höhere Fahrdynamik.

Kosten in der Serienproduktion

Alle Welt redet deshalb besonders beim Automobilbau von innovativen Leichtbaumaterialien, die viele Hersteller bereits einbauen. Dennoch lohnt bezüglich Kosten und Serienproduktion ein genauer Blick.

Aus dem stabilen und nicht rostenden Werkstoff der Luft- und Raumfahrtindustrie – kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff – produzieren einzelne Hersteller bereits Dächer, Türen oder eine ganze Fahrgastzelle. Problematisch ist hier zum Beispiel, dass sich die lange Aushärtung der leichten Fasern nur schwer für die Großserienfertigung eignet.

Hinzu kommt sehr viel Verschnitt bei der Produktion, der sich nur mit deutlich verschlechterten Eigenschaften wiederverwerten lässt. Aluminium wird im Vergleich hierzu bereits in größerem Umfang für Türen oder Motorhauben verwendet. Aufgrund der hohen Kosten kommt es jedoch vorwiegend im Premiumsegment zum Einsatz.

Für das preissensible Volumensegment ist der Kostendruck zu hoch. Noch leichter ist Magnesium, das vor allem für Felgen, Getriebegehäuse oder Lenkräder verwendet wird. Selbst Titan findet Anwendung – allerdings nur in exklusiven Sportwagen.

Zukunft mit Stahl

Auch, aber nicht nur wegen dieser Herausforderungen in der Großserie ist und bleibt Stahl ein Wachstumsmarkt. Viel Potenzial zum Leichtbau bietet die Karosserie. Als größte zusammenhängende Baugruppe macht sie rund ein Viertel des Fahrzeuggewichts aus.

Zum Einsatz kommen unterschiedlichste Stahlsorten. Sie bieten eine große Vielfalt in den mechanischen und physikalischen Eigenschaften und reichen von weichen bis hochfesten und hin zu korrosionsbeständigen Stählen. Mit hoch- und höchstfesten Stählen lassen sich dünnwandigere und leichtere Bauteile herstellen. Mit am stärksten wächst zurzeit der Anteil der Warmumformstähle.

Blechplatinen aus diesen Stählen werden auf rund 950 Grad Celsius erwärmt und anschließend umgeformt. Durch gezielte Abkühlung noch im Werkzeug, die eine Härtung des Werkstoffs bewirkt, werden Bauteilfestigkeiten von bis zu 2.000 Megapascal erreicht.

In einem aktuellen Fahrzeug der Kompaktklasse ist beispielsweise der Anteil von warmumgeformten Stählen in der Karosserie von sechs auf 28 Prozent im Vergleich zum Vorgängermodell gestiegen. Der Einsatz aller hoch- und höchstfesten Stahlsorten trägt mit rund zwölf Kilogramm zu dem um 23 Kilogramm reduzierten Karosseriegewicht bei und hilft, den Kraftstoffverbrauch der Baureihe zu senken.

Attraktive Verbundmaterialien

Eine weitere Entwicklung sind Verbundmaterialien mit Stahl, sogenannte Sandwich-Werkstoffe aus Stahl und Kunststoff. Vor allem bei Außenhautbauteilen lässt sich so der Zielkonflikt zwischen Umformbarkeit und Festigkeit bei reduziertem Gewicht lösen.

Mit „TWIP-Stahl“ forschen Experten außerdem an einem Stahl der Zukunft: Er hat eine hohe Festigkeit, kann aber aufgrund seiner enormen Dehnbarkeit sehr viel Energie aufnehmen und ist somit ideal in der Crash-Performance. Angesichts dieser Eigenschaften und seiner einfachen Verarbeitbarkeit, auf die die Autobauer ihre Produktionsprozesse ausgerichtet haben, wird Stahl seine Position auch weiterhin behaupten.