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Leichtbau

Trends bei Aluminium-Werkstoffen

| Autor: Thomas Günnel

Was bei Audi mit dem „Space Frame“, einer hochfesten Rahmenstruktur aus Aluminium, begann, ist inzwischen gängige Praxis. Der Werkstoff findet heute breite Verwendung im Automobilbau – und mittels neuer Prozesse sind auch komplexere Bauteile denkbar.

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Die Rohbaukarosse des Mercedes-Benz SL ist der erste Großserien-Vollaluminium-Rohbau der Schwaben. Die Karosserie ist aber nicht der einzige Einsatzort des Werkstoffs Aluminium.
Die Rohbaukarosse des Mercedes-Benz SL ist der erste Großserien-Vollaluminium-Rohbau der Schwaben. Die Karosserie ist aber nicht der einzige Einsatzort des Werkstoffs Aluminium.
(Foto: Daimler)

Den Trend zu leichteren Werkstoffen und Aluminium im Automobil belegt auch das Ergebnis einer Studie, die Ducker Worldwide, ein Marktforschungs-, Strategie- und Finanzberatungsunternehmen, gemeinsam mit der European Aluminium Association (EAA) im März 2012 vorstellte. Demnach stieg der Anteil an Aluminium im Automobil zwischen den Jahren 1990 und 2012 von 50 Kilogramm auf 140 Kilogramm pro Fahrzeug; und noch ist kein Ende in Sicht: Die Studie prognostiziert einen weiteren Anstieg auf bis zu 160 oder 180 Kilogramm zum Jahr 2020 – vorausgesetzt, der Werkstoff hält im Klein- und Mittelklassesegment ebenso stark Einzug wie in der Oberklasse.

Einteilige Seitenwand

Dort hatte Ende März Land Rover mit dem Modell Range Rover Sport ein SUV vorgestellt, dessen Aluminiumkarosserie, ohne Anbauteile wie Türen oder die Motorhaube, 180 Kilogramm leichter als das Stahl-Pendant ist. Eine Besonderheit der Alu-Karosserie ist deren Herstellung: Die Seitenteile bestehen aus je einem einzigen Werkstück – und sind damit die derzeit größten gepressten Pkw-Seitenteile aus Aluminium. Die Konstruktion resultiert in einer steiferen Karosserie, weil ein ganzteiliges Seitenteil fester ist, als mehrere miteinander verbundene Teile. Im Bereich crash-relevanter Strukturteile gingen die Briten ebenfalls voran und verwendeten erstmals im Automobilbau hochfestes AC300 Aluminium.

Der erste Großserien-Vollaluminium-Rohbau

Ähnlich großen Wert auf Aluminium legt Mercedes beim aktuellen SL. Dessen Rohbaukarosserie ist nach Unternehmensangaben der erste Großserien-Vollaluminium-Rohbau der Schwaben. Die Karosserie wiegt 254 Kilogramm und ist damit rund 110 Kilogramm leichter als ein vergleichbarer Stahlrohbau. Die verwendeten Aluminium-Verarbeitungen sind unterschiedlich: Je nach Aufgabe werden sie im Kokillen- oder Vakuum-Druckguss gefertigt, zu Strangpressprofilen verarbeitet oder zu Aluminiumblechen mit unterschiedlichen Wandstärken im Bauteil geformt, sogenannten Tailored Welded Blanks. Einen ganz anderen Einsatzort des Werkstoffs zeigte Eberspächer auf der IAA 2011 in Frankfurt: Das Unternehmen entwickelte eine einsatzfertige Abgasanlage für Brennstoffzellenfahrzeuge, die weniger als fünf Kilogramm wiegt.

Umformtechnik für komplexere Bauteile

Eine neue Technik, um Aluminium zu bearbeiten, ist laut Thomas Christiansen, Leiter Entwicklung Karosserie Rohbau, Baureihe Boxster/Cayman, Porsche AG, das superplastische Umformen. Dabei werden Aluminiumbleche bei hoher Temperatur tiefgezogen. Die Vorteile: Es sind höhere Umformgrade, komplexere Bauteile und eine höhere Bauteil-Integration möglich. Es lassen sich nun einteilige Bauteile herstellen, die bislang mittels mehrerer Einzelteile zusammengesetzt werden mussten.

Die Grafik bezieht sich auf eine Menge an Aluminium von 1,22 Millionen Tonnen.
Die Grafik bezieht sich auf eine Menge an Aluminium von 1,22 Millionen Tonnen.
(Grafik: Duker)

Neue Einsatzgebiete des Werkstoffs sieht Christiansen zudem in Hybridbauteilen: Sie bestehen zum Beispiel aus tiefgezogenen Stahlblechteilen mit hinterspritzten Aluminiumdruckgussverstärkungen – dieser Aufbau erhöht die Steifigkeit des gesamten Bauteils. Bislang verwendet Porsche die Techniken noch nicht. Das Verfahren sei nach eigenen Aussagen aber gut dafür geeignet, großflächige Außenhautteile wie etwa Seitenteile zu fertigen.

Steigende Nachfrage nach Aluminium-Guss

Der Werkstoff findet sich jedoch nicht nur in Karosserien. Fahrwerks- und Bremsenteile, Motorblöcke oder Motoranbauteile, wie Ölwannen, sind Standard in der Serienfertigung. Die Eingangs genannte Studie analysiert auch die Bearbeitungsart des verwendeten Aluminiums: Der mit 70 Prozent überwiegende Teil entfällt dabei auf das Gießen. Dem folgt Walzen (14 Prozent), Strangpressen (elf Prozent), und Schmieden (vier Prozent). Ein Prozent entfällt auf das so genannte Cobapress-Verfahren, einer Mischung aus Gießen und anschließendem Schmieden. Die Grundlage für die Auswertung bildet ein Beispiel mit 7,65 Millionen Fahrzeugen und einer Aluminiummenge von 1,22 Millionen Tonnen, Stand März 2012.

Anstieg der Aluminiumproduktion

Der Berufsverband der Deutschen Gießerei-Industrie veröffentlichte Produktionszahlen, wonach im Jahr 2012 allein für Pkw rund 260.000 Tonnen Aluminium- und Aluminiumlegierungen produziert wurden. Verglichen mit 2011 bedeutete das einen Anstieg um rund 23 Prozent. Im Zeitraum Januar und Februar 2013 produzierte das Gewerbe mit rund 44.800 Tonnen etwa 6,5 Prozent mehr Aluminium- und Aluminiumlegierungen als im Vorjahreszeitraum.

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Über den Autor

 Thomas Günnel

Thomas Günnel

Redakteur/Fachjournalist, Redaktion AUTOMOBIL INDUSTRIE