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ZF Friedrichshafen Leichte Automobile

| Autor / Redakteur: Jürgen Goroncy / Claus-Peter Köth

Leichtbau zählt zu den Schlüsseltechnologien, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Gleichzeitig haben Wirtschaftlichkeit, Dynamik, Sicherheit und Komfort höchste Priorität bei der Entwicklung neuer Produkte und Verfahren. Um dies zu erreichen, verfolgt ZF mehrere, einander ergänzende Ansätze.

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Der ZF-Innovationsträger mit elektrischem Achsantrieb (1), Wechselrichter (2), Hybrid-Stabilisatoranbindung (3), Federbein-Radträgermodul (4), Verbundlenker-Hinterachse mit Leichtbau-Stabilisator (5), Leichtbau-Dämpfer (6) sowie Drehschalter (7) als Bedieneinheit im Cockpit.
Der ZF-Innovationsträger mit elektrischem Achsantrieb (1), Wechselrichter (2), Hybrid-Stabilisatoranbindung (3), Federbein-Radträgermodul (4), Verbundlenker-Hinterachse mit Leichtbau-Stabilisator (5), Leichtbau-Dämpfer (6) sowie Drehschalter (7) als Bedieneinheit im Cockpit.
(Grafik: ZF)

Gewichtseinsparungen im Pkw sind nicht nur ein Thema für Fahrzeuge mit einem elektrifizierten Antriebsstrang, die auf diese Weise an Reichweite und somit an Akzeptanz gewinnen. Weniger Kilogramm an Bord wirken sich auf alle Automobile positiv aus – auch auf konventionell motorisierte Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor. So reduzieren 100 Kilogramm weniger Fahrzeuggewicht den Kraftstoffverbrauch um 0,3 Liter auf 100 Kilometern, das entspricht etwa 7,5 Gramm CO2 pro Kilometer. Die folgenden Trends verdeutlichen die zentrale Rolle des Leichtbaus für die Mobilität der Zukunft:

  • Durch sicherheits- und komfortrelevante Zusatzausstattungen ist das Gewicht der Automobile in den vergangenen Jahren stetig gestiegen.
  • Außerdem verschärfen die Gesetzgeber international drastisch die Grenzwerte für den CO2-Ausstoß. Zu deren Einhaltung trägt u. a. eine geringere Masse bei.
  • Darüber hinaus führen geringere ungefederte Massen am Fahrzeug zu erhöhter Sicherheit, mehr Komfort sowie zu höherer Fahrdynamik.

Diverse Methoden in einem Produkt

Für die ZF Friedrichshafen AG bedeutet das, zum Beispiel in der Fahrwerktechnik unterschiedliche Maßnahmen und Methoden zur Gewichtsoptimierung in jeweils einem Produkt zu bündeln. Eine wichtige Rolle spielen dabei die verwendeten Materialien beziehungsweise der richtige Materialmix. Neben Aluminium und Stahl setzt ZF dabei immer stärker auch auf Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV). Bei der Konstruktion mit diesem Material müssen die Ingenieure neue Wege einschlagen, um die Fasereigenschaften optimal auszunutzen und die Faserausrichtung den entsprechenden Beanspruchungen anzupassen. Die fertigungsgerechte Bauteilkonstruktion in Kombination mit Funktionsintegration und Strukturoptimierung spart wiederum Material und entsprechend Gewicht, was sie zu einem weiteren wichtigen Leichtbauansatz macht.

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Fertigungsgerechte Bauteilgestaltung

Bei der Funktionsintegration werden mehrere Bauteile bzw. Bauteilfunktionen zu einem einzigen zusammengefasst. Strukturoptimierung, Funktionsintegration und fertigungsgerechte Bauteilgestaltung sind zentrale Ansätze für einen ressourcenschonenden Einsatz der Materialien. Auf der Suche nach weniger Gewicht schauen die OEMs heute auf jedes Detail. Selbst vergleichsweise geringe Einsparungen einzelner Komponenten sind willkommen, denn aufsummiert über das ganze Fahrzeug ergeben sie teils deutliche Gewichtsreduktionen. Zu den bereits serienreifen ZF-Leichtbaukomponenten zählt SMiCA (Sheet Metal integrated Control Arm). Dieser Querlenker kommt ohne Nieten oder Schraubverbindungen aus. Das macht ihn um bis zu 23 Prozent leichter als herkömmliche Blechlenker. Außerdem benötigt er weniger Bauraum und erlaubt größere Gestaltungsfreiheiten bei der Fahrwerksauslegung.

Leichtbau-Bremspedal nur halb so schwer

Mit dem Serienstart eines aus Organoblech und Spritzguss gefertigten Leichtbau-Bremspedals verdeutlicht ZF, wie sich ohne Einbußen bei der Belastbarkeit etwa 50 Prozent Gewicht im Vergleich zu einem Standard-Bremspedal aus Stahl einsparen lassen. Organobleche sind endlosfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffe, die sich durch hohe Festigkeit und Steifigkeit auszeichnen. Der Fertigungsprozess ist eine Kombination aus Thermoformen und Spritzguss. Damit lässt sich das Pedal zudem einfacher, das heißt in weniger Prozessschritten, herstellen als konventionelle Pedale aus Stahl. Gleichzeitig ist das eingesetzte Material voll recyclingfähig. Kein Wunder, dass das Organoblech-Hybrid-Bremspedal den „Composite Innovations Award“ der CFK Valley Stade Convention gewann.

Querblattfeder aus glasfaserverstärktem Kunststoff

Die Entwicklung einer Pkw-Hinterachse mit radführender Querblattfeder aus glasfaserverstärktem Kunststoff belegt die Kompetenz von ZF, auch komplette Achssysteme aus leichteren Werkstoffen zu fertigen. Die Gewichtsersparnis von bis zu 15 Prozent im Vergleich zu einer Hinterachse in konventioneller Stahlbauweise ist dabei nicht der einzige Pluspunkt: Im Gegensatz zum komplexen Mehrlenkerkonzept übernimmt ein einziges Bauteil – nämlich die Querblattfeder – sowohl die Radführung als auch die Hub- und Wankfederung. Durch diese Bauteilintegration sinkt die Komplexität der Achse, ihr Einbau ist für Automobilhersteller weniger aufwendig und spart zusätzlich noch Bauraum. Weniger Bauteile bedeuten zudem noch weniger Gewicht.

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