Innovative Werkstoffkonzepte für das Automobil von morgen
Viele Hoffnungen, das Gewicht von Fahrzeugen zu senken, ruhen in neuen Werkstoffkonzepten. Das ika der RWTH Aachen legt mit leichtem GFK und CFK eine Karosserie-Bodengruppe so aus, dass das Gewicht der Bauteile um 22 Prozent reduziert wird. Es müssen aber nicht immer leichte Werkstoffe sein, auch Neukonstruktionen führen zum Ziel. Das Fraunhofer IWU verringert mit Formgedächtnislegierungen das Gewicht eines Tankdeckel-Stellantriebs um zwei Drittel. Tobias Moers, Entwicklungsleiter bei Mercedes-AMG, stellt im Interview fest: Leichtbau mit Aluminium- und CFK-Teilen ist ein wichtiger Faktor, die Agilität von Sportwagen zu steigern.
Denkt man an das Thema Leichtbau von Automobilen, fallen einem zuerst Metalle wie Aluminium, Magnesium oder Titan sowie die große Familie der Kunststoffe ein. Doch heute geht es nicht mehr nur um die bloße und simple Substitution eines schweren (Stahl-) Werkstücks durch ein leichteres Aluminiumbauteil, sondern vielmehr um innovative und clevere Werkstoffkonzepte, die Verbünde oder Neukonstruktionen beinhalten. Gerade mit letzterem, wenn man konstruktiv und funktionell zum Beispiel einen schweren Elektromotor durch einen leichteren Stellantrieb auf Basis der Formgedächtnislegierungen ersetzen kann, lassen sich zukünftig Quantensprünge bei der Verringerung des Fahrzeuggewichts erreichen. Das der RWTH Aachen und das stellen in dieser Aprilausgabe den ATZ-Lesern zwei Aspekte vor.
Im Leichtbauansatz des wird die Blechdicke von Metallbauteilen reduziert, was Material und Gewicht einer Bodengruppe spart. Aber die Schwächung der Bauteile muss aufgefangen werden. Dies geschieht durch faserverstärkte Kunststoffe wie GFK und CFK, die lokal das Bauteil aussteifen. Ähnlich einem menschlichen Knochen gibt es außen die Schicht eines Metallprofils und innen die FVK-Gewebestruktur. Der Einsatz dieser FVK in Hybridbauweise bietet zahlreiche Vorteile im Vergleich mit einer Bauteilsubstitution. Ihr Einsatz reduziert den Anstieg der Werkstoffkosten. Die Auslegung erfolgte so, dass durch die FVK das Gewicht der Bauteile um 22 Prozent reduziert werden konnte.
Wie das darlegt, erweisen sich vor allem die metallischen thermischen Formgedächtnislegierungen für Automobilanwendungen als vielversprechend. In den letzten Jahren haben sich sowohl die aktorischen Fähigkeiten, die Zuverlässigkeit als auch die Einsatzbereiche stetig erweitert. Anhand konkreter Applikationsbeispiele wie Entriegelungsmechanismus einer Tankklappe, Luftsteuerklappe im Fahrzeuginnenraum und flexibler Aktor als Bowdenzug-Ersatz konnten die Vorteile bezüglich Bauraum, Kosten und Gewicht von FGL-Stellantrieben aufgezeigt werden. Dies lässt einen Serieneinsatz im Automobil in naher Zukunft aussichtsreich erscheinen.
Das Thema Leichtbau treibt den Motorsport schon seit Jahrzehnten. Die ATZ sprach mit , Leiter Entwicklung Gesamtfahrzeug bei Mercedes-AMG, über den Leichtbau beim Supersportwagen und Werkstoffe der Zukunft. SLS steht für "Super Leicht Sport", und der Mercedes-Benz SLS AMG ist mit einem Leistungsgewicht von 2,84 Kilogramm pro PS ein würdiger Vertreter dieser Spezies.
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