SuperLIGHT-CAR Ein Drittel leichter

Im Rahmen des EU-Projekts „SuperLIGHT-CAR“ ist ein Konzept vorgestellt worden, mit dessen Hilfe das Gewicht einer Mittelklassenkarosserie um rund ein Drittel gesenkt werden kann. Im Fokus des Projekts steht das so genannte Multi Material Design: Das richtige Leichtbaumaterial – Magnesium, Aluminium, Stahl, Faserverbundkunststoff – an der richtigen Stelle einzusetzen.

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Zum einen werden bei dem Projekt Bauteile eingespart, indem man statt mehreren kleineren Stahlteilen hoch integrierte Gussteile aus Aluminium oder Magnesium verwendet. Zum anderen wurden geometrische Optimierungen vorgenommen und die optimale Form ermittelt, die eine Karosserie aufweisen muss, damit sie leicht und trotzdem stabil wird.

„Die größte Herausforderung war sicher die Auswahl des richtigen Materials für die richtige Stelle. Bei manchen neuen Materialien mussten wir uns auch noch genaue Daten von Experten beschaffen. Mit Stahl haben Automobilhersteller viel Erfahrung, bei Leichtbaumaterialien ist der Erfahrungsschatz geringer“, so Gundolf Kopp vom Institut für Leichtbau, Fahrzeugkonzepte und Hybridbauweisen des deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt.

7,5 Euro Mehrpreis pro eingespartem Kilogramm

Um in der Zukunft einen Beitrag zur Verbrauchs- und CO2-Reduzierung zu leisten, hatten sich 38 europäische OEMs, Forschungsinstituten und Vertretern der Metallindustrie unter der Führung der Volkswagen AG im Jahr 2005 zum Ziel gesetzt, eine Gewichtsreduzierung in der Rohkarosserie von mindestens 30 Prozent zu erreichen – bezogen auf die Referenzstruktur des VW Golf V. Dies sollte bei gleich bleibender Sicherheit, unter Berücksichtigung der unterschiedlichen fahrzeugspezifischen Anforderungen wie zum Beispiel hoher Crashsicherheit und Steifigkeit sowie unter vertretbaren Mehrkosten für Produktionsstückzahlen von 1.000 Fahrzeugen pro Tag erreicht werden.

Die Herausforderung für die Forscher war, dass der Leichtbau nicht zulasten der Verkehrssicherheit erfolgen und die Herstellung der Karosserie lediglich moderate Mehrkosten nach sich ziehen durfte. „Im Schnitt belaufen sich die Mehrkosten auf 7,3 bis 7,8 Euro pro eingespartem Kilo. Diese Kosten können aber dann in der Serienproduktion noch Schritt für Schritt verringert werden“, sagt Kopp.

Rund 0,4 Liter Kraftstoffersparnis pro 100 Kilometer

Mit einer Gewichtsreduzierung von 180 Kilogramm bzw. 35 Prozent konnten die ehrgeizigen Ziele sogar noch übertroffen werden. Alleine bei der vom deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelten Vorderwagenstruktur spart das SuperLIGHT-CAR 24 Kilogramm bzw. 32 Prozent gegenüber einem herkömmlichen Vorderwagen ein. Die leichtere Karosserie hat direkte Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch und somit auch auf den CO2-Ausstoß von Leichtbaufahrzeugen. „Bei einer Gewichtsersparnis von 100 Kilo kann auf einer Strecke von 100 Kilometern zwischen 0,3 und 0,5 Liter Kraftstoff gespart werden. Das entspricht 8,4 Gramm CO2“, veranschaulicht Kopp.

Leicht durch Magnesium

Maßgeblichen Anteil an der Gewichtsreduzierung des Vorderwagens hat dabei ein hochintegriertes Magnesiumgussbauteil: Beim Federbeindom aus Magnesium werden mehr als 60 Prozent des Gewichts eingespart und zugleich etwa 12 Stahlbauteile in einem einzigen Gussbauteil vereint. Die hohe Gewichtseinsparung ergibt sich hierbei erstens aus dem „Konzeptleichtbau“, bei dem in einem hochintegrierten Gussbauteil mehrere Funktionen und Teile integriert werden, zweitens aus dem „Stoffleichtbau“ durch den Einsatz von Magnesium und drittens aus dem „Formleichtbau“ und den daraus resultierenden geometrischen Optimierungen. Diese methodische Vorgehensweise legte die Basis der hohen Gewichtsreduzierung. Des Weiteren werden im Vorderwagen die vorderen Längsträger aus Aluminium mit so genannten Tailored Welded Blanks, Blechprofile in unterschiedlicher Wandstärke von 2,6 bis 3,8 Millimeter, ausgeführt, ein Vorteil für bessere mechanische Eigenschaften bei geringerem Bauteilgewicht.

Magnesium und Aluminium im Einsatz

Hohe Ansprüche an das Crashverhalten des Vorderwagens erforderten gleich mehrere Optimierungsrunden in der Berechnung. Trotz der Gewichtseinsparung im Vorderwagen konnten die DLR-Ingenieure ein exzellentes Crashverhalten erreichen. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass alle vorgegebenen statischen und dynamischen Lastfälle erfüllt werden. Das Crashverhalten verbesserte sich dabei gleich in mehreren Punkten, beispielsweise erreichte die Fußraum-Intrusion im DLR-Konzept 51 Millimeter im Vergleich zu 100 Millimetern bei der Referenz.

20 Prozent größere Reichweite bei Elektroautos

Die Ergebnisse des 19,1 Millionen Euro teuren Projekts wurden von den beteiligten Partnern aus neun Ländern nicht nur digital festgehalten, sondern auch in Form eines Prototypen vorgestellt. Man will mit Forschungen auf dem Gebiet des Leichtbaus nicht nur herkömmliche Autos mit konventionellen Antrieben sparsamer und umweltfreundlicher gestalten, sondern auch Pionierarbeit für kommende Elektroautos leisten. „Bei Elektroautos kann vor allem im städtischen Verkehr die Reichweite verbessert werden. Unsere Tests haben ergeben, dass bei einer Gewichtsverringerung von 20 Prozent die Reichweite des Elektroautos im Stadtverkehr um 18 Prozent erhöht wird“, so Kopp. Bei hohen Geschwindigkeiten, etwa auf der Autobahn, könne die Reichweite noch um sieben Prozent gesteigert werden.

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