Leichtbau Autohersteller als Weight Watchers

Auf der Suche nach effizienteren Autos setzen die Hersteller auf Leichtbau. Aluminium gilt fast schon als Klassiker, an neuen Werkstoffen wird nach wie vor geforscht.

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Audi zeigt eine Karosserie nach der Bauweise "Audi Space Frame" (ASF)

Lange Zeit schien es normal und geradezu unvermeidlich zu sein, dass Autos mit jeder Modellgeneration schwerer wurden. Schließlich packen die Hersteller immer mehr Sicherheits- und Komfortausstattungen unters Blech, was sich auch auf der Waage bemerkbar macht. Doch seitdem steigende Spritpreise, die Klimadebatte und CO2-Ziele die Hersteller aufrütteln, wird die Branche zum Weight Watchers Club: Bei Autoherstellern, Zulieferern und in Werkstoff-Forschungsinstituten ist Leichtbau eines der großen Zukunftsthemen.

Jedes Kilo, das an einer Stelle eingespart wird, wird bereits als Teilerfolg auf dem Weg zu moderaterem Treibstoffkonsum und umweltverträglicheren CO2-Emissionen gefeiert. Das Abspecken wird in Zukunft sogar noch dringlicher werden: zum einen, weil Sicherheits- und Komfortausstattungen noch üppiger ausfallen dürften, zum anderen wegen der künftigen Elektroautos. Diese müssen mit ihrem Batteriepaket eine enorme Zusatzlast transportieren – je mehr Masse der Elektromotor bewegen muss, desto kleiner wird die Reichweite pro Akkuladung.

Audi nimmt seit Jahren eine Vorreiterrolle bei der Entwicklung und Verwendung von Leichtbaumaterialien ein. Das Unternehmen hat schon in den Neunzigern in Neckarsulm ein Leichtbauzentrum eröffnet. Das Jahr 1993 gilt als besonderer Meilenstein in der jüngeren Auto-Leichtbauentwicklung. Damals präsentierten die Ingolstädter auf der Internationalen Automobil-Ausstellung (IAA) in Frankfurt einen Konzeptwagen mit einer unlackierten Karosserie aus poliertem Aluminium.

Das Besondere daran war nicht nur der Einsatz des Leichtmaterials, sondern die Materialgeometrie, die speziell für diesen Verwendungszweck entwickelt worden war: Druckgussteile und Strangpressprofile bilden bei der Bauweise, die der Hersteller "Audi Space Frame" (ASF) nennt, ein fachwerkartiges Gerippe. Darin sind die Aluminium-Bleche, etwa die Dachhaut, der Boden oder die Seitenteile, mittragend eingebunden – ein Konstruktionsprinzip, an dem die Ingolstädter bis heute festhalten und das auch auf andere Werkstoffe übertragen wurde.

Solche Leichtbaustrukturen haben Materialforscher und Konstrukteure bei der Natur abgeschaut. Ein Prinzip der Biologie besteht darin, immer nur soviel Material einzusetzen, wie unbedingt erforderlich ist, um spezifische Funktionen zu erfüllen. Bionik nennen es die Wissenschaftler, wenn sie sich solche Prinzipien aus der Natur zu eigen machen und auf ihre Werkstoffe übertragen. "Viele Strangpressprofile, die wir in der ASF-Bauweise nutzen, zum Beispiel die Schweller beim TT, folgen in ihrer Topologie bionischen Prinzipien", sagt Heinrich Timm, Leiter des Audi-Leichtbauzentrums. "Sie sind hohl, aber im Inneren intensiv verrippt, damit erinnern sie an die Knochen im Skelett eines Menschen oder eines Vogels."

Gegenüber einer Karosse aus traditionellem Fahrzeugbau-Werkstoff spart eine Alu-Karosse rund 40 Prozent an Gewicht ein. Hat man mit Leichtbau erst einmal angefangen, zieht eine Reduktion praktisch die nächste nach, erläutert Heinz Hollerweger, der bei Audi für die Entwicklung des Gesamtfahrzeugs verantwortlich ist. "Eine Heckklappe aus Aluminium erlaubt eine leichtere Gasdruckfeder. Achsbauteile aus Aluminium leiten niedrigere Kräfte in die Karosserie ein als stählerne Lenker – der Aufbau kann leichter werden, und das wiederum ermöglicht kompaktere Bremsen, einen kleineren Motor und eine entsprechend schlanke Abgasanlage."

Auch bei den Motoren kann noch viel Gewicht eingespart werden, sind sich Entwickler sicher. Dabei gibt es kein Bauteil, das nicht auf den Prüfstand kommt und bei dem sich nicht noch ein paar Gramm einsparen lassen. Der Motorenspezialist Mahle zum Beispiel hat sich auch die Pleuelstange vorgenommen, die die Kurbelwelle mit dem Kolben verbindet. Änderungen der Bauteilform erbrachte eine Gewichtsreduktion. Doch wenn die Pleuelstange weniger wiegt, verringert sich auch die Belastung der Kurbelwelle. Das wiederum erlaubt den Ingenieuren, auch bei der Konstruktion von Kurbelwellen an Gewicht zu sparen.