Neue Werkstoffe Wie Autos leichter, sicherer, schlauer werden

Keramik-Bremsen, Carbon-Verkleidungen, Aluminium-Motoren – in modernen Autos stecken jede Menge Hightech-Werkstoffe. In Zukunft werden es noch mehr werden, denn neue Materialien, neue Verfahren und steigende Ansprüche machen das Auto zum Werkstoff-Labor auf Rädern.

Von Jürgen Pander


Heinrich Timm arbeitet seit 33 Jahren bei Audi. Aktuell ist der Ingenieur Leiter des Aluminium- und Leichtbauzentrums in Neckarsulm; er besetzt damit einen Knotenpunkt der Entwicklung von Autos für morgen und übermorgen. Erfahrung mit scheinbar unmöglichen Projekten hat er reichlich. Er gilt als einer der Erfinder des Alu-Spaceframes von Audi, war Projektleiter der ersten A3-Generation und maßgeblich daran beteiligt, Audi-Serienfahrzeuge zu den windschlüpfrigsten Fahrzeugen auf dem Markt zu machen. Aluminium, da ist er sich sicher, wird in zukünftigen Automobilen eine noch viel größere Rolle spielen als jetzt schon. Timm: "Um Gewicht zu sparen, wird der Leichtbau mit Aluminium immer wichtiger. Unser Ziel ist es daher, Alu-intensive Hybrid-Karosserien so wirtschaftlich zu entwickeln, dass sie auch für die Großserien wie etwa die Baureihen A4 oder A6 in Frage kommen."

Heinrich Timm: "Preiswerter, leichter, fester"

Heinrich Timm: "Preiswerter, leichter, fester"

Technisch bieten die Verfahren zur Aluminiumbearbeitung noch Potenzial für Kostenreduzierung. Es gebe eine klare Hierarchie, nach der sich die Werkstoffentwicklung richtet. "Preiswerter, leichter, fester - das sind die drei wesentlichen Trends in der gegenwärtigen Materialforschung", erklärt Timm. Wobei die Kostensenkungen ein Gebot des Wettbewerbs der Automobilhersteller sind, die Forderung nach leichteren Konzepten wiederum durch gesetzliche Vorgaben wie etwa die CO2-Besteuerung verstärkt wird. Denn um die CO2-Emission zu senken, muss auch der Kraftstoffverbrauch zurückgehen - und dies gelingt unter anderem durch eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts. Der Alu-Spaceframe ist ein gutes Beispiel dafür: Bei gleicher Funktion wiegt das Grundgerüst aus Aluminium gut 40 Prozent weniger als eine vergleichbare Struktur aus Stahl.

Aluminium ist aber nur eines der Materialien, auf die Autobauer in Zukunft verstärkt setzen werden. Die Stahlindustrie arbeitet an neuen Stahlsorten, zum Beispiel Manganstahl, der eine hohe Festigkeit und zugleich eine verbesserte Bruchdehnung bietet. Bislang galt stets die stählerne Regel: je fester, desto spröder. Dies soll mit dem neuen Material erstmals anders werden. In spätestens zehn Jahren soll der Hightech-Stahl verfügbar sein. Zudem arbeiten auch die Materialforscher in der Automobilindustrie an Hybridkonzepten, nämlich an der Kombination von Stahl, Aluminium und Kunststoffen (FKV) in Bauteilverbunden. "Es geht darum", sagt Audi-Mann Timm, "das richtige Material in der richtigen Menge, in der werkstoffgerechten Gestalt am richtigen Platz einzusetzen."

Audi Aluminium-Spaceframe: In Zukunft wird der Alu-Anteil im Auto noch steigen

Audi Aluminium-Spaceframe: In Zukunft wird der Alu-Anteil im Auto noch steigen

Verstärkt werden künftig auch so genannte FKV-Materialien zum Einsatz kommen. Das Kürzel steht für Faserkunststoffverbunde, also etwa Kohle-, Glas-, Aramid- oder Textilfaserwerkstoffe, die mit den Matrixkomponenten Duroplast oder Thermoplast zu sehr festen, extrem leichten und nahezu beliebig formbaren Komponenten entwickelt werden können. Daneben wird an glasähnlichen, also durchsichtigen Kunststoffen gearbeitet. Solche Werkstoffe könnten im Auto der Zukunft zu transparenten Dächern oder A-Säulen verarbeitet werden - für mehr Komfort und eine bessere Rundumsicht der Insassen. Spezialkunststoffe, die extrem hitzebeständig und unempfindlich gegenüber aggressiven Medien sind, werden für Abdeckungen oder Wärmeleitteile im oder am Motor benötigt. Auch hier lässt sich Gewicht sparen - unter anderem natürlich auch durch den Einsatz von Titan oder Magnesium. Allerdings sind diese Metalle derzeit noch um ein Vielfaches teurer als Stahl, Aluminium oder spezielle Kunststoffe und kommen deshalb nur gzielt bei besonders hohen Ansprüchen zum Einsatz.

Sitze mit eingewobenem Heizgeflecht

Magnesium gilt übrigens auch als Material der Zukunft für den Innenausbau von Autos. Das Leichtmetall wird bereits bislang in geringen Mengen verbaut, könnte aber auch vermehrt für die Modulträger, also den Unterbau der Armaturentafel oder die kompletten Sitzgestelle Verwendung finden. Gleiches gilt übrigens für Carbon, das vor allem bei sportlicheren Modellen derzeit als Dekormaterial für Oberflächen eingesetzt wird, künftig aber auch eine buchstäblich tragende Rolle bei den Interieur-Einbauten spielen könnte. In der Entwicklung befinden sich darüber hinaus leitende Textilien, so dass zum Beispiel in die Sitzbezüge eingewobene Verdrahtungen als Sitzheizung fungieren könnten oder dass etwa die Lautsprecher der Musikanlage direkt am Ohr der Insassen, beispielsweise in den Kopfstützen, platziert werden könnten.

Das Material der Zukunft? Heinrich Timm sagt, wenn er die Wahl hätte, dann würde er sich einen Werkstoff mit einstellbaren Eigenschaften wünschen. Bei solch einem Wunderstoff ließen sich dann zum Beispiel die Dämpfungseigenschaften oder die Steifigkeit stets den Erfordernissen anpassen. Die Geräuschunterdrückung nämlich ist ein Thema, das den Autoentwicklern noch immer Kopfzerbrechen bereitet. Ganz gleich ob Stahl- oder Aluminiumkarosserie, in aktuellen Autos wird noch immer eine große Menge an Dämmmaterial verbaut, um im Innenraum eine adäquate Akustik zu erzeugen. Timm: "Wenn die Dämpfung in Zukunft gleich im Werkstoff geschehen würde, wäre das ein Riesenvorteil." Den Materialexperten in der Autoindustrie wird die Arbeit also nicht so schnell ausgehen.



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