Massive Einsparungen

Schwerpunkt

Leichtbau – In einer umfangreichen Initiative loten Massivumformer und Stahlhersteller gemeinsam aus, wie der Fahrzeugbau Gewicht einsparen und so noch effizienter und wirtschaftlicher ablaufen kann. von Michael Kleine

16. September 2014

Mit massivumgeformten Bauteilen aus Stahl lässt sich im Fahrzeugbau erheblich Gewicht einsparen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, die die Initiative Massiver Leichtbau durchgeführt hat. Insgesamt 24 Unternehmen, darunter 15 Unternehmen aus dem Bereich der Massivumformung und neun Stahlhersteller, haben sich unter dem Dach des Industrieverbands Massivumformung und des Stahlinstituts VDEh zusammengeschlossen, um festzustellen, inwiefern und welche im Pkw verbauten massivumgeformten Bauteile aus Stahl sich im Sinne des Leichtbaus optimieren lassen. Ziele waren Gewichtseinsparungen mit Komponenten aus Stahl und damit weniger Energieverbrauch und Gesamt-CO2-Ausstoß.

»Es gab konkreten Handlungsbedarf, das Gewicht der Komponenten in Antriebsstrang und Fahrwerk zu reduzieren. In puncto Leichtbau war bisher immer nur die Karosserie im Fokus«, erzählt Dr. Hans-Willi Raedt von der Hirschvogel Automotive Group als Sprecher des Konsortiums. »Das verlangt neue konstruktive und verarbeitungstechnische Konzepte.«

Sehr wichtig für alle Beteiligten ist der gemeinsame Ansatz. Zum ersten Mal arbeiteten in der kompletten Prozesskette Hersteller und Komponentenlieferanten zusammen, um wirtschaftliche Lösungen hinsichtlich der Potenziale bei Leichtbau, Kosten und Umsetzung zu finden. Der ständige Austausch verbessere die Kenntnis um neue Prozesstechnologien. »Beide Branchen arbeiten bereits seit Jahren intensiv zusammen, von der Vormaterialherstellung über die Umformung bis hin zur Bearbeitung von Bauteilen. Es gilt jetzt, Kompetenzen und Know-how zu bündeln und damit zugleich Forschungsprojekte zur Entwicklung neuer Prozesse mit modernen Stählen anzustoßen«, erläutert Dr. Hans-Willi Raedt die Beweggründe.

Das sieht auch Frank Wilke von den Deutschen Edelstahlwerken so: »Die intensive Zusammenarbeit zwischen Schmieden und Stahlherstellern ergibt neue Synergien aus Werkstoffen und Produktionsprozessen über die gesamte Verarbeitung.«

Für Dr. Theodor L. Tutmann, Geschäftsführer des Industrieverbandes Massivumformung, ist das Besondere an dem Projekt, dass Wettbewerber gemeinsam an Lösungen arbeiten. »Das war bisher nicht der Fall und stellt eine hervorragende Basis für den Erfolg der Initiative dar. Diese nicht zu unterschätzende Kooperationsleistung ergibt darüber hinaus eine bessere Wahrnehmung beim Kunden.«

Fünf Prozent Potenzial

Insgesamt lässt sich das Gewicht eines Mittelklassefahrzeugs um 42 Kilogramm reduzieren, wenn bei den Stahlwerkstoffen und in der Massivumformung moderne Technik zum Einsatz kommt. Fahrwerk und Antriebsstrang bieten ein Leichtbaupotenzial von rund fünf Prozent. »Als Zulieferer können wir im Fahrzeugbau so zu mehr Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Produkte und Systeme beitragen«, ist sich Tutmann sicher.

Um das genaue Potenzial zu ermitteln, hatten Experten der fka Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen aus Aachen ein Referenzfahrzeug komplett demontiert, gewogen und auf diese Weise die Ausgangswerte ermittelt. 2.800 Bauteile in Antriebsstrang und Fahrwerk wurden angesichts ihres Potenzials, Gewicht einzusparen, bewertet und überarbeitet – gemäß der Kriterien Werkstoffwahl, Fertigungstechnik und Bauteildesign.

»In drei Workshops mit insgesamt 65 Experten aus 30 Unternehmen und Forschungsgesellschaften entstand ein Katalog mit rund 400 Ideen«, erzählt Dr. Hans-Willi Raedt. »So wäre es etwa möglich, die Anhängerkupplung um zehn Prozent und die Kurbelwelle um 600 Gramm leichter machen oder beim Pleuel ein Kilogramm Gewicht einzusparen, weil es dünner ausfallen kann mit einem kleineren Durchmesser. Weitere Potenziale liegen in Wellen und Flanschen, die Antriebswelle ließe sich um 500 Gramm abspecken. Sogar jahrhundertealte Elemente wie etwa die Muttern haben die Experten überdacht.«

Einige Ideen schätzen Experten so ein, dass sie das Gewicht reduzieren und die Kosten senken können, die sogenannten Quick-Wins. Andere zeigen Potenzial auf, sind aber mit einem erhöhten Aufwand verbunden.

»Sämtliche Ideen haben nicht den Anspruch, fertig entwickelte Lösungen zu sein. Sie sollen vielmehr konstruktive sowie werkstoffliche und fertigungstechnische Möglichkeiten für den Leichtbau aufzeigen und weitere Impulse geben.« Laut Raedt ist ein Nachfolgeprojekt bereits in Planung und bei seinem Unternehmen Hirschvogel gäbe es gute Resonanzen von Automobilbauern, direkte Aktivitäten sollen bald folgen.

Der Werkstoff Stahl jedenfalls kann die hohen Erwartungen in die Initiative voll erfüllen, da ist sich Dr. Hans-Joachim Wieland, Geschäftsführer der Forschungsvereinigung Stahlanwendung, sicher: »Stahl ist ein vielseitiger Werkstoff, er ist dauerfest, temperaturresistent, korrosionsbeständig, bestens zu bearbeiten und zu recyclen – und er hält Drücken bis 3.000 bar stand. Mit über 2.000 Sorten ist der Werkstoff ein Garant für den Erfolg vieler Industriezweige und es gibt ein exzellentes Netzwerk.«

Laut Frank Wilke existiere aber bei vielen Anwendern eine Angst vor den hochfesten Werkstoffen. »Darum müssen wir ihnen vermitteln, dass diese keine negativen Eigenschaften mitbringen, und verkürzte Prozesse einführen. Das geht zum Beispiel, indem man auf eine Wärmebehandlung verzichtet. Eine Kaltbearbeitung wie die Zerspanung ist allerdings herausfordernd, aber wirtschaftlich zu leisten.« Langfristig seien deutlich höhere Einsparungen denkbar als im konkreten Projekt ermittelt.

Die Initiative Massiver Leichtbau lebt. Derzeit werden die detektierten Leichtbauideen zusammen mit Kunden, Verarbeitern und Stahlherstellern umgesetzt. Für nächste Generationen von Komponenten im Pkw wird der Einsatz moderner hochfester Stähle diskutiert.

Erstmalig finden Gespräche mit allen Beteiligten über die gesamte Prozesskette statt. Frank Wilke: »Das fördert die Optimierung von Abläufen, führt zur Straffung der Prozesse und verbessertem Werkstoffeinsatz. Die gesamtheitliche Diskussion fällt auf fruchtbaren Boden.«

Die Initiative plant, ein weiteres Fahrzeug zu zerlegen und die Analyse auf diese Weise noch zu vertiefen. Sie erhofft sich zusätzliche Leichtbau-Erkenntnisse. Zudem ist ein Forschungsprojekt beantragt worden, mit dem Ziel, Endanwendern die Langzeiteigenschaften und die Grenzbetrachtung der hochfesten Stähle näherzubringen.

Auf einen Blick

- Der Verband der Massivumformung in Deutschland mit seinen 120 Mitgliedsunternehmen sieht als zentrale Aufgabe die Organi-sation der überbetrieblichen Zu-sammenarbeit, um gemeinsam die Wettbewerbsfähigkeit der Mitglieder zu steigern.

Erschienen in Ausgabe: 07/2014