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Werkstoffe Karosseriebau: Was bringt die Zukunft?

| Autor/ Redakteur: Dr. Andreas Rennet / Michael Ziegler

Es gibt eine Vielzahl gewichtssparender Materialien. Ihre richtige Kombination ist entscheidend für den zukünftigen Karosserieleichtbau. Dabei müssen aber auch immer die Kosten betrachtet werden. Hierfür liefern die Berater der PA Consulting Group einen neuen Ansatz.

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Die PA Consulting Group zeigt in der Übersicht das Spannungsfeld für die Entwicklung künftiger Karosserien.
Die PA Consulting Group zeigt in der Übersicht das Spannungsfeld für die Entwicklung künftiger Karosserien.
(Grafik: PA Consulting Group)

Selten war die Automobilbranche so unsicher und von unterschiedlichen Philosophien geprägt wie heute. Durch den Einzug von Verbundwerkstoffen, insbesondere kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) stellt sich die Frage nach dem optimalen Materialmix für die Leichtbaukarosserie der Zukunft. In einer aktuellen Analyse hat PA Consulting Group gemeinsam mit dem Tochterunternehmen PA Perfect Cost Grid die Kosten- und Gewichtsperformance der derzeit am Markt eingeführten oder in der Einführung befindlichen Material- und Fertigungsprozesse untersucht. Die Ergebnisse führten zu einer Entscheidungsgrundlage zur Auswahl des optimalen Werkstoffkonzeptes mit dem besten Verhältnis zwischen Gewichtsreduzierung und Kosten.

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Leichtbau – ein alter Hut

Leichtbau kommt an der Karosserie nicht vorbei – weder bei edlen Sportwagen noch bei großen Limousinen, Kompaktwagen oder kleinen Stadtflitzern. So groß die Bandbreite unterschiedlicher Fahrzeugderivate, so unterschiedlich sind die Meinungen zur optimalen Werkstoff- und Verbindungstechnikstrategie für eine möglichst leichte und zugleich steife und sichere Karosserie. Die Dynamik für den Einsatz neuer Werkstoffe wird nach derzeitiger Prognose weiter anhalten. Die Frage nach der richtigen Lösung für den besten Materialmix bleibt aber weiter häufig unbeantwortet – sicherlich auch aufgrund der noch im Aufbau befindlichen Entwicklungs- und Produktionskompetenz für neue Werkstoffe wie CFK.

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PA Consulting Group

Das Unternehmen mit über 2.500 Mitarbeitern ist in Nordamerika, Europa, Skandinavien, der Golfregion und im asiatisch-pazifischen Raum tätig. PA bietet Experten für Energiewirtschaft, Finanzdienstleistungen, Biowissenschaften und Gesundheitswesen, Fertigungsindustrie, Regierungen und öffentlicher Dienst, Verteidigung und Sicherheit, Telekommunikation, Transport und Logistik. Perfect Cost Grid – ein Venture von PA Consulting Group – ist eine web-basierte Cost-Engineering-Plattform mit Vergleichsdaten und Werkzeugen, um kosteneffiziente und wettbewerbsfähige Produkte zu entwickeln.

Dabei ist Leichtbau alles andere als ein neues Thema. Über Leichtmetalle schrieb im Jahr 1933 die Deutsche Motorzeitschrift: „Der hauptsächlichste Grund für die Verwendung von Leichtmetallen im Karosseriebau leuchtet ohne weiteres ein: Verminderung des Brennstoffverbrauchs, des Reifen- und Triebwerkverschleißes, überhaupt die Möglichkeit, schwächere Motoren und Fahrgestelle zu verwenden, oder andererseits Vergrößerung der zählenden Nutzlast im Maße des ersparten Eigengewichtes. Größeres Beschleunigungsvermögen, kürzere Bremswege und überhaupt bessere Fahreigenschaften sind weitere Vorteile eines durch Verwendung von Leichtmetallen verminderten Fahrzeuggewichts.“ Auch der Einsatz unterschiedlicher Materialien ist kein neues Thema – bereits seit Beginn der motorisierten Mobilität wird auch darüber nachgedacht, mit welchen Materialien ein Fahrzeug möglichst leicht werden kann. Einige Meilensteine neuer Materialkonzepte:

  • 1929 DKW mit Sperrholzkarosserien
  • 1957 Lotus Elite mit Monocoques aus glasfaserverstärktem Kunststoff
  • 1981 McLaren mit MP4-1, die erste Kohlenstofffaserverbund-Karosserie
  • 1985 Audi 100 Aluminium-Spaceframe
  • 2013 BMW i3, die erste Serienkarosserie aus Kohlenstofffaserverbund
  • 2015 erste Karosserien mit „Voll“-Hybridansätzen (Metall & Kunststoff & Verbundwerkstoffe)

Industrialisierung neuer Fertigungsprozesse

Und dennoch, die Innovationen der vergangenen Jahre haben eine andere Dynamik erreicht. Durch den hohen Kostendruck im globalen Fahrzeugmarkt bei gleichzeitig großen Stückzahlen über die Plattformen hinweg müssten für neue Werkstoffkonzepte gewaltige Schritte zur Industrialisierung der Fertigungsprozesse vollzogen werden. Der derzeitige Markttrend für mehr alternative Werkstoffkonzepte hängt in starkem Maße an dieser Industrialisierung der Fertigungstechnologien für Verbundwerkstoffe. Und genauso wie Audi in den achtziger Jahren eine Welle von Neuentwicklungen im Bereich Stahl- und Aluminiumlegierungen ausgelöst hat, verursacht nun jüngst die schwarze Karosserie des BMW i3 eine ähnliche Welle im Bereich der Verbundwerkstoffe.

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