Werkstoffe Stahlhart kalkuliert

In der Oberklasse überbieten sich die deutschen Premiumhersteller regelrecht mit neuen Karosseriekonzepten. Der Aluminium-Space-Frame des Audi A8 oder die Kunststoff-Kotflügel des

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In der Oberklasse überbieten sich die deutschen Premiumhersteller regelrecht mit neuen Karosseriekonzepten. Der Aluminium-Space-Frame des Audi A8 oder die Kunststoff-Kotflügel des seligen CL-Vorgängers von Mercedes-Benz sind nur zwei Beispiele. Kein Wunder, bieten die geringeren Stückzahlen doch ein überschaubares Risiko und bei den Kosten kommt es auf den einen oder anderen Euro nicht an.

Anders in der Mittelklasse: Großserienvolumina mit mehreren hunderttausend Einheiten pro Jahr und ein zunehmender Kostendruck hemmen die Lust am Experimentieren. Gefragt sind berechenbare und günstige Werkstoffe und Produktionsmethoden. Sagt sich auch Audi und gibt bei A4 und A5 konventionellen Stahlkarosserien den Vorzug vor einer Mischbauweise, wie man sie zum Beispiel beim Audi TT verfolgt. Dort besteht der Space-Frame hinten aus Stahl, Fahrgastzelle und Vorderwagen sind aus Aluminium.

Bei A4 und A5 folgt Audi dem schon beim A6 eingeschlagenen Weg: Die Stahlkarosserie hat nur lokal Aluminiumanwendungen. So sind zum Beispiel beim A4 der Stoßfänger-Querträger und beim A5 die vorderen Kotflügel aus Aluminium. Allerdings treiben die Ingolstädter etwa beim A4 ein virtuoses Spiel mit „weichen“ Tiefziehstählen, hoch-, höher und höchstfesten sowie formgehärteten Stählen.

An Front und Heck nehmen überwiegend duktile Stähle die Bewegungsenergie auf. Die Fahrgastzelle besteht im Wesentlichen aus hoch- bis höchstfesten Stählen, um das Überleben zu sichern. Die Teile aus formgehärtetem Stahl kommen dort zum Einsatz, wo nur sehr geringe plastische Verformungen zulässig sind. Sie fungieren als Lastverteiler und leiten Kräfte in Regionen ab, wo Energieabbau erwünscht ist. Ihre Zugfestigkeit von bis zu 1 500 Newton pro Quadratmillimeter erhalten sie durch Erhitzen auf 950 °C und anschließendes Pressen und Abschrecken in der gekühlten Form. Nach eigenen Angaben als erster Automobilhersteller überhaupt fertigt Audi aus formgehärteten Stählen auch Tailored Blanks. Besonderes Augenmerk gilt dabei der Beschichtung der formgehärteten Stähle, damit die glühenden Platinen beim Pressen nicht oxidieren.

Der Stahlmix verringert zum einen das Karosseriegewicht des A4 um etwa zehn Prozent im Vergleich zum Vorgänger, obwohl die Außenmaße deutlich gewachsen sind. Zum anderen ist die Karosserie wesentlich steifer geworden. Durch eine geschickte Geometrie ist darüber hinaus der hintere Teil der Karosserie jetzt für Fahrzeuge mit Front- und Quattroantrieb identisch.

Von Vorteil ist auch, dass – statt wie elf beim Vorgänger – nur noch fünf Verbindungstechniken für den neuen A4 eingesetzt werden. Vor allem handelt es sich um die Kombination von Punktschweißen (etwa 5 000 Punkte) und Kleben (95 Meter), daneben noch MAG-Schweißen, Plasmalöten und Remote-Laserstrahlschweißen. 98 Prozent aller Fügeprozesse im Karosseriebau sind automatisiert.

„Mercedes-Benz verfährt beim T-Modell der C-Klasse nach dem Motto: Der richtige Werkstoff am richtigen Ort“, sagt Klaus-Peter Claar, Chief Engineer der C-Klasse in Sindelfingen. Das heißt: 70 Prozent der Karosseriebleche bestehen aus hochfesten oder noch festeren Stahlsorten. 20 Prozent der Bauteile (etwa Teile der B-Säulen) sind sogar aus besonders festen formgehärteten Stahllegierungen mit der drei- bis vierfachen Zugfestigkeit herkömmlicher Stähle. Beim Vorgänger war es nur ein Prozent. Nur noch 25 Prozent bestehen aus konventionellen Karosseriestählen – im Vergleich zu 56 Prozent beim Vorgänger. Aluminium mit drei und Kunststoffe mit zwei Prozent machen den geringsten Anteil der C-Klasse-Karosserie aus.

Etwas häufiger als Audi beim A4 setzt Mercedes-Benz beim C-Klasse-Kombi Aluminium ein. Beispielsweise für die vorderen Kotflügel, das Frontend mit Biegeträger und Crashboxen, den Querträger unterhalb der Instrumententafel und die Türen. Erstmals hat Mercedes-Benz bei der C-Klasse eine Wischeranlage aus Aluminium realisiert. „Das bringt immerhin 300 Gramm weniger Gewicht“, verrät Claar. „Und mit dem Aluminium-Querträger unter der Instrumententafel haben wir zwei Kilogramm gespart.“

Kunststoffe sind in der C-Klasse beispielsweise in Form der Reserveradmulde und als Kasten für die Klimaanlage vertreten. „An der Außenhaut zeichnet sich Kunststoff durch eine geringere Beulempfindlichkeit aus“, sagt Claar. „Doch er eignet sich weniger für die großen Stückzahlen der C-Klasse und kann wegen seiner Temperaturempfindlichkeit nicht mit dem Rest der Karosserie durch die Lackierstraße laufen.“

Laut Claar ist die statische Torsionssteifigkeit des Karosserieverbundes um etwa zwölf Prozent im Vergleich zum Vorgänger gestiegen. Unter anderem sorgen mehrere Querverstrebungen in der Bodengruppe für einen stabilen Querverbund der Längsträger. Zusammen mit warmgeformten Blechen und Tailored Blanks soll so selbst bei hohen Crashgeschwindigkeiten der Passagierraum intakt bleiben. Im Heck sind mehrere Träger eingebaut, deren Wanddicken durch ein spezielles Walzverfahren flexibel dimensioniert sind. So ist die Materialstärke an der Außenseite des Querträgers größer als an der Innenseite.

Für Festigkeit sorgt auch der Klebstoff, der auf etwa 60 Meter Länge verschiedene Bauteile miteinander verbindet. Weitere wichtige Verbindungstechniken sind Punkt- und Laserschweißen. Zusammen machen sie Lötverbindungen und das MAG-Schweißen weitgehend überflüssig. Lasergeschweißt zum Beispiel sind bei der C-Klasse die Türen, Seitenwände und das Heck. Insgesamt sind es etwa 640 einzelne Laserschweißnähte – oder rund 15 Prozent aller Schweißmuster der Karosserie. Künftig wird Mercedes-Benz vermehrt auf das Fügeverfahren per Laser zurückgreifen.

BMW fertigt seine 3er-Modelle ebenfalls weitgehend aus Stahl. Beim 3er Cabriolet geht das so weit, dass die einstmals klassische Stoffmütze ebenfalls einer Stahlkonstruktion gewichen ist. Diese ist mehrfach klappbar, um in abgelegtem Zustand keine unharmonische Designlinie im Heckbereich zu provozieren. Unvermeidlich ist beim Cabriolet das höhere Gewicht im Vergleich zur Limousine, da die andere Karosseriestruktur umfangreiche Verstärkungen im Unterboden erfordert. BMW gibt für das Cabriolet etwa 200 Kilogramm Mehrgewicht an. Um es möglichst gering zu halten, sind die vorderen Kotflügel aus Kunststoff, der nur etwa die Hälfte eines Stahlblechs wiegt. Natürlich besteht die Karosserie an crashsensiblen Stellen aus Mehrphasenstählen und gewalzten Tailored Blanks, um den Kräften bei einem Unfall Stand zu halten.

Vordere Kotflügel aus Kunststoff sind auch ein Markenzeichen des neuen BMW M3. Der Thermoplast ist so wärmestabil, dass ihn BMW – anders als Mercedes-Benz – mit der Karosserie durch den gesamten Lackierprozess schleusen kann. So entfällt der gesonderte Lackier- und Montageprozess. Pro Kotflügel spart der Kunststoff immerhin 1,5 Kilogramm und verbessert so die für BMW wichtige Achslastverteilung.

Der Rest der M3-Karosserie wird in Regensburg aus bis zu 700 Blechteilen mit 5 500 Schweißpunkten zusammengesetzt. Mehr als 95 Prozent der M3-Karosseriemontage sind automatisiert. Lediglich das CFK-Dach wird parallel dazu in Landshut gefertigt und erst nach der Lackierung der Karosserien montiert.

Jürgen Goroncy

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