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Leichtbau-Gipfel 2019 Leichtbau mit Stahl: Erfolgreiche Kombination

| Autor/ Redakteur: Hartmut Hammer / Thomas Günnel

„Stahl ist noch immer der erfolgreichste Leichtbau-Werkstoff im Automobilbau“, behauptete Lothar Patberg von Thyssenkrupp Steel Europe beim Leichtbau-Gipfel in Würzburg. Sein Unternehmen hat deshalb neue Stahlgüten für mehr Festigkeit, Steifigkeit, eine bessere Umformbarkeit und weniger Gewicht entwickelt.

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Lothar Patberg, Leiter Innovation der Thyssen Krupp Steel Europe, erklärte auf dem »Leichtbau-Gipfel« in Würzburg, wieso Stahl ein erfolgreicher Leichtbau-Werkstoff ist.
Lothar Patberg, Leiter Innovation der Thyssen Krupp Steel Europe, erklärte auf dem »Leichtbau-Gipfel« in Würzburg, wieso Stahl ein erfolgreicher Leichtbau-Werkstoff ist.
(Bild: Stefan Bausewein)

Fast drei Viertel aller neuen Pkws hatten im Jahr 2018 eine Stahlkarosserie, sagt Lothar Patberg. Mischbauweisen und reine Aluminiumkarosserien lagen mit 15, beziehungsweise zwölf Prozent deutlich dahinter. Nicht zuletzt, weil Stahl mit seinen hohen Festigkeiten, etablierten Fertigungs- und Verarbeitungsverfahren und auch auf Kostenseite ein sehr verlässlicher Werkstoff sei.

Allerdings werde die Elektromobilität einige Rahmenbedingungen ändern. So werde das vorrangige Ziel von maximalen Batteriereichweiten vor allem durch Optimierungen in der Fahrzeugelektrik und -elektronik angegangen. 100 Kilogramm Gewichtsersparnis bringen nach Berechnungen von Thyssenkrupp Steel hingegen nur eine Reichweitenverlängerung von acht Kilometern.

Leichtbau-Gipfel 2019: Impressionen

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Einfachere Bauteilgeometrien

Außerdem werden die Karosserien von künftigen Elektrofahrzeugen sich eher durch einfache Bauteilgeometrien mit optimaler Biegefähigkeit auszeichnen, weniger durch komplexe Geometrien und Materialien mit optimaler Tiefziehfähigkeit. Zudem bringt der Elektroantrieb neue Herausforderungen bei der Karosseriesicherheit, höhere Energieaufnahme durch mehr Masse, und im Fahrwerk höhere Belastung durch mehr Masse und Fahrdynamik.

Aus diesen neuen Rahmenbedingungen leitet Thyssenkrupp Steel ab, dass der Druck zu Leichtbau tendenziell eher sinken wird. Die Kunden würden mehr Wert auf die Funktionalität und weniger auf die Werkstoffe eines Fahrzeugs legen und der hohe Kostendruck in der E-Mobilität würde wirtschaftlichen Stahlleichtbau eher begünstigen.

Unter diesen Prämissen hat Thyssenkrupp Steel laut Patberg sein Portfolio an Stahlqualitäten und Umformprozessen sinnvoll ergänzt: Etwa um einen neuen warmumgeformten Stahl mit spezieller Oxidsschicht, die die Wasserstoffaufnahme im Warmumformprozess um 40 Prozent und mehr reduziert. Das senkt nicht nur die Ausfallrisiken des Werkstoffs, sondern bedeutet auch „nachhaltige Kosten- und Energieeinsparungen“, so Patberg.

Neues Verfahren für höchstfeste Kaltumformstähle

Eine andere Innovation ist ein neues Fertigungsverfahren für höchstfeste Kaltumformstähle bis zu einer Festigkeit von 1.200 Megapascal. Dazu wird in einem ersten Schritt in einem einfachen Werkzeug eine Vorform ohne Berücksichtigung der Rückfederung hergestellt. Anschließend wird die Vorform im Kalibrierwerkzeug auf die maßhaltige Endgeometrie gebracht, weil durch eine Druckspannungsüberlagerung die Rückfederung genau definiert werden kann. Dieser gestufte Umformprozess erfordert je nach Bauteil bis zu 15 Prozent weniger Materialeinsatz, ist sehr gut reproduzierbar und erfordert keine Nachbearbeitung.

Mit den aktuellen Stahlwerkstoffen hat Thyssenkrupp Steel virtuell eine Karosserie für ein modernes Elektrofahrzeug entwickelt, die den Sicherheits- und Kostenanforderungen gleichermaßen entsprechen und nur 430 Kilogramm inklusive Anbauteilen und Batteriewanne wiegen soll. Mehr als zwei Drittel des Rohbaus besteht aus hochfesten kaltumgeformten Stählen mit 600 bis 1.200 Megapascal Festigkeit, nur etwa elf Prozent aus höchstfesten, aber aufwendig warmumgeformten, Stählen. Für die Batteriewanne setzt Thyssenkrupp Steel auf einen sehr festen Stahl-Hybridwerkstoff.

Günstiger leicht bauen

Für andere Batteriewannenprojekte hat der Automobilzulieferer eine tiefgezogene Stahlwanne mit verstärkenden Profilen entwickelt, die bei nur sieben Prozent Mehrgewicht zu einer vergleichbaren Aluminiumwanne etwa um die Hälfte kostengünstiger als diese ist. Diese Beispiele beweisen laut Patberg das nach wie vor vorhandene Leichtbaupotenzial moderner Stahlwerkstoffe. Viel wichtiger sei für die Elektromobilität aber, kostenoptimiert eine ausreichend feste Karosseriestruktur zu erreichen, was mit Stahlwerkstoffen nach seiner Ansicht optimal gelingen würde.

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