Leichtbau-Gipfel 2018 „Leichtbau ist in der E-Mobilität noch viel dringender“

Heinrich Timm, Mitglied des Vorstand Carbon Composites e.V. und langjähriger Leiter des Audi-Leichtbauzentrums, über Potenziale des ganzheitlichen, systemischen Leichtbaus, seine Bedeutung in der E-Mobilität und warum Leichtbau ein Marketingproblem hat.

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Herr Timm, wie stark ist der ganzheitliche, systemische Leichtbau bereits in den Köpfen der Fahrzeugentwickler verankert?

Zunächst einmal zeichnet sich jeder systemische Ansatz dadurch aus, dass man sich nicht nur auf einen singulären Problemträger konzentriert, sondern ein ganzes System in den Blick nimmt. Diese Definition ist aus meiner Sicht schon selbsterklärend für den stets besseren Ansatz, um eine Herausforderung gut zu lösen. Das gilt selbstverständlich auch für den Leichtbau. Systemisch und ganzheitlich Herausforderungen zu bearbeiten, birgt ein enormes Fortschrittspotenzial. Einzelne Technologien können noch weit besser genutzt werden, wenn sie systemisch intelligent zum Einsatz gebracht werden.

Leichtbau-Gipfel 2018: Impressionen

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Welches Potenzial sehen Sie konkret?

Schauen wir zum Beispiel mal auf die Leichtbautechnologie „Carbon Composites“. Vordergründig ist es ein teures Material. Die angeblich hohen Kilo-Kosten des Materials sind oftmals Grund genug, gedanklich an dieser Stelle stehenzubleiben und beim Bekannten zu verharren. Dabei gibt es viele Möglichkeiten eines wirtschaftlichen Leichtbaus mit Carbon Composites – insbesondere dann, wenn zusätzlich zum Leichtbau auch enorme Funktionsverbesserungen hinzukommen.

Grundvoraussetzung bei Entwicklungen mit Fasertechnologien ist es, systemisch der Anisotropie Rechnung zu tragen. Das heißt, die Technologie bevorzugt für eindeutige Lastfälle einzusetzen und bitte nicht querbeet als „Black-Metal“. Dann erreichen Sie Leichtbaugüten, die bei gleichzeitig besserer Funktion die vordergründig teure Technologie voll wettbewerbsfähig zu Metallen macht. Kurzum: Für Unternehmer sollten nicht die Kilo-Kosten entscheidend sein, sondern positive Business Cases.

Auch hybride Leichtbaukonzepte stehen häufig in Verbindung mit Carbon Composites.

Ja, denn der Werkstoff bietet über sein Leichtbaupotenzial hinaus die idealen Voraussetzungen, um als Materialverbund eingesetzt zu werden. Sie können mit wenig Zusatzgewicht sehr preiswert eine enorme Funktionsverbesserung erreichen.

Können Sie dazu ein paar Beispiele nennen?

Leicht verständliche Beispiele sind etwa die höhere Steifigkeit von Lkw-Sattelaufliegern durch das Aufbringen von CFK-Bahnen auf der Ober- und Unterseite des Rahmens im Bereich der größten Biegebeanspruchung, die höhere Traglast von Brücken durch CFK-Gurte, die größeren Spannweiten von Brücken durch CFK-Spannseile statt Stahlseile oder auch die Verbesserung des Intrusionswiderstands in Crashzonen. Im hybriden Materialverbund mit alternativen Fasern, von Aramid- bis Glasfasern, kann genau auf den Funktions- und Wirtschaftlichkeitsanspruch ausgerichtet das jeweils optimale Konzept definiert werden.

Carbon Composites und preiswert sind also kein Widerspruch?

Keineswegs, vor allem dann, wenn Sie den systemischen Ansatz über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg denken. Durch den relativ geringen Investitionsaufwand für Composites im Werkzeug- und Vorrichtungsbau bis hin zum Funktionsbauteil erzielen Sie mit Composites sehr wirtschaftliche Business Cases bei kleinen und mittleren Volumina.

Also ein Vorteil für neue Unternehmen mit Start auf der „grünen Wiese“.

Zumindest eine erhebliche Erleichterung. Aber auch der größeren Diversifizierung von Volumenmodellen, etwa durch die vielen alternativen Antriebskonzepte, können Sie mit Composites-Modulen sehr flexibel und mit vertretbaren Investitionen systemisch begegnen.

Braucht ein Elektroauto überhaupt Leichtbau?

Bei allem was bewegt wird, führt Leichtbau zu einer wirkungsvollen Energieverbrauchsreduzierung. Nun gibt es aber nicht einfach nur „das Elektroauto“. Die fehlende Differenzierung bringt oft sehr kontroverse Anschauungen zu Tage. Ursprünglich sollten E-Autos dazu dienen, die Schadstoffreduzierung in den urbanen Zentren zu reduzieren. Der systemische Ansatz, um diesen Bedarf zu erfüllen, ist ein E-Fahrzeug, das auf den Mobilitätsbedarf im urbanen Alltag ausgelegt ist. Das heißt, es hat eine eingeschränkte aber ausreichende Reichweite, eine relativ kleine Batteriekapazität und damit ein kleines Batteriegewicht und einen relativ kleinen Stromverbrauch pro 100 Kilometer. Dieses Konzept hat das Potenzial die Schadstoffbelastung in den urbanen Zentren enorm zu reduzieren.

Übergewichtige Elektroautos sind also zunächst einmal keine Gesetzmäßigkeit, sondern sie entspringen dem gewählten Systemansatz, der da lautet: „Wir wollen Langstreckentauglichkeit mit 500 Kilometer Reichweite und möglichst im SUV.“ Diese Konzepte benötigen 650 bis 800 Kilogramm schwere Batterien, je nach Norm- oder Realreichweite. Konzepte nach diesem systemischen Ansatz haben einen entsprechend hohen Stromverbrauch. Da der deutsche Durchschnittsstrom mit sehr hoher CO₂-Emission belastet ist, wird hoffentlich deutlich, dass der Leichtbau in der E-Mobilität eigentlich noch viel dringender ist als in den heutigen herkömmlichen Fahrzeugen.

Sie würden mir aber schon zustimmen, dass sich die Bedeutung des Leichtbaus im Zusammenhang mit der E-Mobilität verändert hat – nicht zuletzt wegen der Rekuperation von Energie beim Bremsen?

Emotional verändert die E-Mobilität das Gesamtbild Leichtbau zurzeit stark – allerdings populistisch getrieben. Faktisch hat sich die Bedeutung des Leichtbaus natürlich nicht geändert. Ganz einfach, weil sich die Physik und das Gesetz der Massenträgheit nicht verändern. Jede Masse, die beschleunigt werden muss, verlangt ein entsprechendes Energieäquivalent. Aus welcher Quelle diese Energie gezogen wird, ist der Massenträgheit völlig egal.

Konzepte, die eine Rekuperation ermöglichen, haben selbstverständlich eine gewisse Entlastung – nach meinen Recherchen rechnet man in Ortschaften mit 69 Prozent Wirkungsgrad, außerhalb von Ortschaften mit 62 Prozent und auf der Autobahn ist die Auswirkung der Rekuperation vernachlässigbar. Schaue ich mir dann jedoch das Verhältnis der Fahrzeuggewichte zu den Verbräuchen von auf dem Markt befindlichen Elektroautos an, so ist bei einem Gewichtsdelta von 60 Prozent ein Stromverbrauchsdelta von 45 bis 50 Prozent vorhanden.

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Das hört sich nach einem Plädoyer pro Leichtbau an?

Die emotionale Bedeutungslosigkeit des Gewichts bei Elektroautos, wie sie von Populisten sehr erfolgreich in die Öffentlichkeit getragen wird, sollten wir keinesfalls als ohnehin nicht ernst zu nehmenden Unsinn abtun. Es lässt sich gut vermitteln, dass aus der Steckdose kein CO₂ kommt und dass das volle Drehmoment des E-Motors über den gesamten Drehzahlbereich selbst sehr schwere Autos dynamisch erscheinen lässt. Aber, dass diese Dynamik einen entsprechend hohen Stromverbrauch nach sich zieht, blenden diese vermeintlichen Experten gerne aus. In Ländern wie Norwegen, das seinen Strom fast ausschließlich regenerativ erzeugt, mag der hohe Stromverbrauch von schweren E-Autos kein großes Problem darstellen, in Deutschland, Osteuropa oder Asien indes schon. Hier bedeutet der hohe Stromverbrauch der Elektrofahrzeuge eine sehr ernst zu nehmende Klimabelastung.

Sind Elektroautos für Sie das Mobilitätskonzept der Zukunft?

Elektrische Antriebe gehören dazu, sie sind auf Basis des heutigen Technologiestandes aber sicher nicht die beste Lösung für jeden Mobilitätsbedarf, und nicht in jedem Land ein Weg zur Umwelt- und Klimaverbesserung. Ich wünsche mir sehr, dass Politiker und Entscheider die E-Mobilität mit der notwendigen Differenzierung in ihre Strategien einbinden und dass an Alternativen sehr ernsthaft und intensiv weiterentwickelt wird. Aber dafür braucht es offensichtlich ein Marketing mit Fakten – und eine Welt, die wieder offen ist für Fakten.

Leichtbau-Gipfel 2018

„Leichtbau gewinnt an Bedeutung“

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