Forschung und Entwicklung 19.08.2015 11:17

Stahl im Automobilbau

Immer wieder gab es den Versuch, Stahl durch neue Materialien im Autobau zu verwenden. Man sei aber immer wieder zum Stahl zurückgekehrt, so Blake Zuidema, Direktor der Autosparte von Arcelor Mittal. Da Autos aber immer leichter werden, braucht es kontinuierliche Forschungstätigkeit.

Bild: MAN Nutzfahrzeuge

Ähnlich wie Blake Zuidema von Arcelor Mittal äußert sich auch Herbert Eichelkraut, Vorstandsmitglied bei Thyssenkrupp Steel Europe und verantwortlich für das Ressort Produktion. Er sei zuversichtlich, dass sich Stahl "neben Aluminium und Carbon einen Platz sichern" könne. Dass der Werkstoff Stahl im Automobilbau eine Zukunft habe, zeige z.B. der neueste VW Golf 7, der wieder vollständig aus Stahl gefertigt sei.

 

Doch die Devise im Automobilbau ist leicht, leichter, am leichtesten - und Stahl gilt nicht unbedingt als leichter Werkstoff. Dieser Herausforderung müssten sich Stahlproduzenten stellen und ihn zum Leichtbauwerkstoff machen, schreibt etwa die Onlineplattform Das Industrieportal Maschinenmarkt. Denn in der Automobilbranche ist vorgesehen, bis 2020 den durchschnittlichen Kohlendioxidausstoß europäischer Flotten zu senken, weshalb Antrieb als auch Gewicht der Fahrzeuge neu gedacht werden müssen. "Die Herausforderungen für die Automobilindustrie hinsichtlich Leichtbau und Energieeffizienz führen dazu, dass auch die Anforderungen der Automobilhersteller und ihrer Zulieferer an unsere Edelstahlprodukte wachsen: Die Werkstoffe müssen einen immer höheren Reinheitsgrad aufweisen. Parallel dazu steigen die Anzahl und der Grad der kundenindividuellen Spezifikationen kontinuierlich", sagt Frank Wilke, Vice President Technische Kundenberatung der Deutschen Edelstahlwerke, ein Tochterunternehmen der Schmolz+Bickenbach-Gruppe, und stellvertretender Sprecher des Konsortiums der Initiative Massiver Leichtbau.

 

Diese Initiative wurde 2013 durch ein Firmenkonsortium aus Unternehmen der Massivumformung und Stahlherstellern ins Leben gerufen, um Ideen zur Gewichtseinsparung bei massivumgeformten Stahl-Bauteilen durch spezielle Werkstoffentwicklungen und -optimierungen sowie umform- und bearbeitungstechnische Maßnahmen im Fahrzeugbau zu erarbeiten. Dafür wurde zum Beispiel ein Pkw komplett zerlegt und die rund 3.000 verbauten Stahlkomponenten wurden daraufhin untersucht, ob diese in Bezug auf Festigkeit und/oder Gewicht verbessert werden können.

 

Beispiele zur Gewichtsreduktion

 

Thyssen-Krupp Steel Europe zum Beispiel beschäftigt sich unter anderem mit Hybridwerkstoffen wie dem biege- und beulsteifen Stahl-Polymer-Werkstoffverbund Litecor, der die Festigkeit von Stahl mit dem niedrigen Gewicht von Kunststoff verbindet. Das Sandwichmaterial besteht außen jeweils aus sehr dünnen Stahl-Deckblechen und hat eine Kernschicht aus leichtem Kunststoff. "Wir rechnen damit, dass Litecor noch 2015 in die Großserie gehen wird", schätzt Ralf Sünkel von Thyssen-Krupp Steel Europe. Dann ist die Pilotanlage so weit, dass sie Innenteile serienmäßig produzieren kann. In etwa drei Jahren, so der Plan, sollen Außenhautteile folgen.

 

In Sachen Sandwich forscht beispielsweise auch das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen und entwickelte den so genannten Metallschaum, der eine ähnliche Struktur wie Knochen hat. In Sandwichkonstruktionen im Verbund mit Aluminium- oder Stahlblechen zeigen Metallschäume eine vielfach höhere Biegesteifigkeit als massive Bleche und eignen sich aufgrund ihres geringen Gewichts besonders für Leichtbaukonstruktionen sowie dynamisch stark beanspruchte Teile.

 

Hochfeste Stähle

 

Eine andere Alternative sind laut Artikel die hochfesten Stähle. "Aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig hoher Festigkeit ermöglicht hochfester Edelbaustahl der Automobilindustrie konstruktive Verbesserungen, vor allem an bewegten dynamischen Komponenten", erklärt Wilke von den Deutschen Edelstahlwerken. Die Verarbeitung dieser hochfesten Stähle sei aber oft komplizierter, da sie oft weniger gut formbar und schwieriger zu schweißen seien, ergänzt Chris Wooffindin, Product Marketing Manager Chassis & Suspension bei Tata Steel. Der Stahlhersteller habe deshalb die "Hyper-Form-Stahlsorten" entwickelt, die sich durch die Balance aus Festigkeit und Umformbarkeit auszeichnen würden.

 

Auch Salzgitter forscht zu diesem Thema, wie Bernhard Kleinermann, Leiter Konzernkommunikation und Pressesprecher der Salzgitter AG, erklärt: "Interessant für die Automobilindustrie sind vor allem Stähle mit hochfesten Güten. Sie ermöglichen bei gleicher Stabilität geringere Wandstärken von Bauteilen, was natürlich ein geringeres Gewicht bedeutet." Bei Salzgitter forsche und entwickle man beispielsweise hochmanganhaltige Stähle, die diese Ansprüche gut erfüllen können. 

 

Aluminium als Alternative

 

In den unteren und mittleren Fahrzeugklassen dominiert Stahl(leichtbau), in der Oberklasse jedoch kommt vermehrt Aluminium zum Einsatz, da sich mehr Gewicht einsparen lässt, das Material und dessen Verarbeitung ist aber deutlich teurer. "Aluminium ist leicht, gut formbar und ästhetisch ansprechend. Die Weiterentwicklung der Aluminiumherstellung und neue Entwicklungen in den Legierungen ermöglichen es auch Autoteile mit höherer Festigkeit aus Aluminium herzustellen", erklärt Catherine Athènes, Sustainability Council Leader und Marketing Director Packaging and Automotive Rolled Products bei Constellium, einem Aluminiumproduzent, der 2011 durch Abspaltung von Rio Tinto gegründet wurde.

 

Allerdings gab es kürzlich einen Dämpfer für den Werkstoff Aluminium: So wurde bei einem Chrash-Test festgestellt, dass die Alu-Karosserie von Fords Pickup ein erhebliches Verletzungsrisiko für den Fahrer darstellt. Denn bei einem Frontalzusammenstoß mit knapp 64 km/h sei der Überlebensraum des Fahrers schwer beeinträchtigt, so der Crashtest des Insurance Institute of Highway Safety.