Aluminium – Ein Leichtgewicht erobert die Automobilbranche

Werkstoffe 06. 05. 2018
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Von Olivier Rebuffet, Automotive Program Manager im C-TEC Constellium Technology Center

Die Automobilindustrie steht vor der Herausforderung, immer leichtere Fahrzeuge zu bauen, ohne dabei an Sicherheit und Komfort zu sparen. Denn durch Gewichtsreduktion können die CO2-Emissionen der Fahrzeuge verringert werden. Dadurch lassen sich Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit signifikant erhöhen. Der Trend in der Branche geht daher in Richtung Leichtbau und Verwendung von leichteren Materialien. Aluminium besitzt hierfür optimale Eigenschaften. Als Alternative zum hochfesten Stahl bieten moderne Aluminiumlegierungen ideale Eigenschaften in Bezug auf Steifigkeit, Festigkeit und Umformbarkeit. So werden Fahrzeuge leicht, sicher und nachhaltig.

Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit nehmen im Automobilbau einen immer höheren Stellenwert ein. Um diese Ziele zu erreichen, spielen eine optimierte Aerodynamik, verminderter Rollwiderstand und innovative Motorentechnologie, aber vor allem auch die Gewichtsreduktion der Fahrzeuge eine große Rolle. Daher ersetzt Aluminium mehr und mehr gängige Stahllösungen in der Automobilproduktion. Denn durch den Einsatz des Leichtmetalls können Gewichtseinsparungen von bis zu 40 % erzielt werden. Neben Karosserieblechen werden zunehmend auch Strangpressprofile für Strukturteile aus ultrahochfesten Aluminiumlegierungen hergestellt.

Das Leichtbaupotenzial von Aluminium

Die Leichtbauweise mit Aluminium bietet enorme Einsparpotenziale gegenüber Stahl, besonders im Hinblick auf den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid (CO2). Die Emissionen an Kohlenstoffdioxid eines Fahrzeugs lassen sich pro 100 Kilogramm reduziertes Gewicht um durchschnittlich 8 Gramm pro gefahrenem Kilometer senken. Bei einem Pkw mit einem Gewicht von 1800 Kilogramm führt also eine Gewichtsreduktion von nur fünf Prozent zu einer Emissionenseinsparung von rund anderthalb Tonnen Kohlenstoffdioxid – über die Gesamtlebensdauer des Fahrzeugs gerechnet. Der durch das verringerte Gewicht gesunkene Kraftstoffverbrauch schont dabei sowohl den Geldbeutel der Autofahrer als auch die Umwelt. Leichtere Autos sind aber nicht nur sparsamer und umweltfreundlicher, sondern auch sicherer. Denn sie lassen sich besser steuern, ermöglichen kürzere Bremswege und erhöhen damit die Sicherheit im Straßenverkehr.

Neben dem geringeren Gewicht bei gleichzeitig äquivalenter Festigkeit und Stabilität bietet Aluminium im Vergleich zu Stahl noch viele weitere Vorteile. Das Leichtmetall ist sehr korrosionsbeständig und dadurch widerstandsfähiger sowie sicherer als andere Werkstoffe. Zudem lässt es sich trotz seiner hohen Festigkeit sehr gut umformen. Ein weiterer wirtschaftlicher Pluspunkt ist, dass sich Leichtbaulegierungen aus Aluminium einfach in die bereits vorhandenen und auf die Verwendung von Stahl basierenden Produktionsprozesse integrieren lassen. Bestehende Fertigungskapazitäten können also genutzt und hohe Kosten für die Umrüstung vermieden werden.

Aluminium löst Stahl ab

In der Automobilindustrie werden aktuell zwar noch unterschiedlich feste Stähle für verschiedenste Anforderungen verwendet, trotzdem gilt Aluminium aufgrund der vielfältigen Vorteile als Werkstoff der Zukunft. Der Anteil des Leichtmetalls im Automobilbau ist in den vergangenen Jahren daher stetig gestiegen. Während im Jahr 1990 nur 50 Kilogramm Aluminium pro Pkw verbaut wurden, liegt der Anteil heute bereits bei 151 Kilogramm. Die Tendenz ist steigend. Nach Schätzung von Experten soll die Menge bis zum Jahr 2025 auf 196 Kilogramm anwachsen.

Ausschlaggebend sind unter anderem die günstigen Eigenschaften moderner Aluminiumlegierungen in Bezug auf spezifische Festigkeit, Steifigkeit, Crash und Umformbarkeit. Für Karosserieanwendungen eignen sich insbesondere Aluminiumlegierungen der 5000er- und 6000er-Familien. Für Anwendungen für dei Außenhaut der Fahrzeuge werden vor allem 6000er-Legierungen dank ihrer hohen Oberflächenqualität und Umformbarkeit sowie ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit verwendet. Darüber hinaus kommen immer mehr hochfeste 6000er-Strukturlegierungen zum Einsatz, die durchaus mit hochfestem Stahl konkurrieren.

Ultrahochfeste Aluminiumlegierungen in der Automobilproduktion

Um auch langfristig mit Stahl und anderen Werkstoffen konkurrieren zu können, ist die Aluminiumindustrie bestrebt, das Leichtmetall ständig weiterzuentwickeln und konsequent zu verbessern. Der Aluminiumspezialist Constellium entwickelte beispielsweise eine Reihe leistungsfähiger Aluminiumlegierungen, die exakt auf die Anforderungen der Automobilindustrie zugeschnitten sind. Hierzu zählt etwa die Produktfamilie Ultralex®, eine besonders anspruchsvolle und ultrahochfeste Aluminium-Zink-Magnesium-Kupfer-Legierung der 7000er-Reihe. Diese reduziert das Gewicht um 25 % gegenüber ultrahochfestem Stahl. Zudem bietet sie den Vorteil, dass Bauteile aus einer 7000er-Legierung wesentlich einfacher in eine bestehende Aluminiumstruktur integrierbar sind als Fahrzeugteile aus ultrahochfestem Stahl.

Auch Constelliums hochfeste Legierungsfamilie Strongalex® wurde speziell für anspruchsvolle Strukturverstärkungsbauteile entwickelt. Mit ihren verbesserten mechanischen Eigenschaften spart die Legierung der 6000er-Reihe mehr Gewicht ein als vergleichbare Stahlprodukte und trägt dadurch dazu bei, den strategischen Leichtbau voranzubringen.

B-Pillar (B-Säule) für die Ultralex®-Anwendung

 

Fazit

Die Autos der Zukunft müssen gleichzeitig leicht und sicher sein, aber auch nachhaltig. Daher setzt die Automobilbranche immer mehr auf Leichtbauwerkstoffe. Aluminium bietet hier dank seiner günstigen Eigenschaften in Bezug auf Steifigkeit, Festigkeit, Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit eine attraktive Alternative zu Stahl. Durch den Einsatz von neuen, innovativen Aluminiumlösungen wie Ultralex® lassen sich Strukturbauteile – und dadurch CO2-Emissionen – im Vergleich zu Stahl weiter signifikant reduzieren. Die Umwelt dankt!

 

Constelliums neue, integrierte Veredelungslinie zur Herstellung von Aluminiumblechen für den Automobilbau (Werk Constellium Neuf-Brisach)

 

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