InCar - Leichtbaulösungen aus NRW für eine nachhaltige Automobilindustrie
Dieser Fragestellung nahmen sich im Rahmen des konzernübergreifenden Forschungsprojekts "InCar" ThyssenKrupp Ingenieure aus den Bereichen Steel Europe und Components Technology an. An dem Projekt waren Experten für Werkstoffentwicklung, für Konstruktion und Produktionstechnik, für Bauteilfertigung sowie Anlagen-, Werkzeug- und Prototypenbau beteiligt. So wurden mehr als 30 Innovationen für den Automobilbau entwickelt, die je nach Anspruch des Kunden Ressourcen schonen, Kosten sparen oder Autos mit verbesserten Funktionen ermöglichen. Gleichzeitig sind die Innovationen so abgesichert, dass sie mit geringem Aufwand in die Serienfertigung übernommen werden können.
Anspruch des InCar-Projekts ist es, sich an hochwertigen Lösungen zu messen und sie deutlich zu übertreffen. Als Vergleichsmaßstab für die Karosserielösungen hat das InCar-Team eine eigene, virtuelle Rohkarosserie eines Fahrzeugs der oberen Mittelklasse konstruiert, und zwar mit den gleichen Software-Werkzeugen wie sie die Automobilhersteller nutzen, wenn sie ein neues Auto entwickeln.
Die Referenzstruktur ist herstellerunabhängig, so dass die Kunden die InCar-Lösungen ihren jeweiligen Marken-, Design- und Produktionsstrategien anpassen können. Als Modellvariante für den Karosseriebereich wurde ein Kombi ausgewählt. Diese Karosserieform nutzen Fahrzeughersteller im Entwicklungsprozess häufig als Leitfahrzeug, aus dem sich weitere Modellvarianten ableiten.
Ganzheitliche CO2-Bilanz
Neue gesetzliche Regelungen wie der ab 2012 EU-weit für Neuwagen geltende mittlere Emissionsgrenzwert von 130 Gramm Kohlendioxid (CO2) pro Kilometer sind eine große Herausforderung. Das InCar Projekt kommt also genau zur rechten Zeit.
Für den Klimaschutz bietet InCar Innovationen, mit denen sich insgesamt mehr als 17 Gramm CO2 pro gefahrenen Kilometer sparen lassen. Weil auch bei der Produktion von Autos und Bauteilen Treibhausgase entstehen, deckt die Ökobilanz für das InCar-Projekt den gesamten Produkt-Lebenszyklus ab. Erstellt hat die Bilanz das deutsche Institut PE International und der TÜV Nord hat sie zertifiziert. Das Ergebnis: Fasst man Produktion und Nutzungsphase zusammen, sparen die ökologisch besten InCar-Lösungen zusammen rund 5.500 Kilogramm CO2 pro Fahrzeug im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik.
Die Reduktion von CO2 ist maßgeblich auf die konsequente Gewichtsreduktion zurück zu führen. Durch die Substitution von Bauteilen aus herkömmlichen Stahlblech durch hochfeste Stähle, innovative Sandwich-Strukturen und Magnesium sowie durch den Einsatz von belastungsorientierten Tailored Blank-Halbzeugen werden gezielt Werkstoffeigenschaften zur Gewichtsreduktion herangezogen. Ein Beispiel hierfür ist das Dach des Referenzautomobils.
Mit einem Gewicht von rund 20 kg stellt das Dach eines der schwersten Bauteile dar und bietet großen Spielraum für Gewichtsoptimierungen. Das Optimum in dieser Hinsicht stellt ein 8,94 Kilogramm leichtes Rohbau-Dachmodul aus Magnesium - Flachprodukten dar. Es bietet eine Gewichtsreduktion von 62% gegenüber dem Referenzbauteil aus Stahl. Als High-End-Leichtbauvariante positioniert sich das Magnesiumdach im Segment der exklusiven-Kleinserienfahrzeuge, wo es mit vergleichbar leichten CFK-Anwendungen konkurriert. Im Vergleich zu CFK-Lösungen besitzt das Rohbau-Dachmodul aus Magnesium deutliche Kostenvorteile.
Einen guten Kompromiss aus Leichtbau- und Kostenzielen bietet das steifigkeitsoptimierte Sandwich-Dach aus dem InCar-Projekt, mit dem rund 38% an Gewicht reduziert werden können. Die Referenz aus einem konventionellen, 0,90 mm starken Bake-Hardening-Stahl (BHZ 180 +ZE) wird dabei durch einem Sandwichwerkstoff mit dem Aufbau 0,30/0,40/0,20 mm ersetzt. Die Außenhaut aus einem Tiefziehstahl (DC 06 +ZE) umschließt einen Kern aus Polyethylen und Polyamid. Diese innovative Lösung ist etwa 33% teurer als die Referenz, die Leichtbaukosten betragen 1,35 ¬/kg. Für den gewichtssensiblen Dachbereich ist dies ein attraktiver Wert. Aus ökologischer Sicht ist der steifigkeitsoptimierte Sandwichwerkstoff eine "grüne" Lösung, da über die ganze Lebensdauer hinweg eine Reduktion von rund 31% oder 200 kg CO2 -Äquivalent ermöglicht wird.
InCar punktet nicht nur mit der Anzahl, sondern auch mit der umfassenden Absicherung der neu entwickelten Lösungen. Das InCar-Team hat viel dafür getan, dass Automobilhersteller die neuen Lösungen möglichst reibungslos in die Serienproduktion übernehmen können. Mit welchen Kosten man dabei rechnen muss, ist ebenso untersucht wie die Methoden und Werkzeuge, mit denen sich die InCar-Innovationen fertigen lassen. Prototypen wurden auf eigens dafür gebauten Werkzeugen gefertigt, Crash- und eine Vielzahl von Belastungstests waren ebenfalls Teil des Projekts. Damit hat das InCar Team einen grundlegenden Teil der Untersuchungen durchgeführt, die sonst beim Automobilhersteller vor der Integration neuer Lösungen in die Serienfertigung stattfinden. Auch hier ist die Kompetenz von ThyssenKrupp nahezu über die gesamte automobile Prozesskette die Basis für zuverlässige Aussagen.
Demnach gelingt es ThyssenKrupp mit der Entwicklungs-Initiative InCar, seine Marktchancen im Automobilbau erheblich zu verbessern. Überzeugend präsentierte Ergebnisse und innovative Lösungen aktueller Probleme machen InCar zum beispielhaften Leuchtturmprojekt.
