LeichtbauWie Autos abspecken

Mehr Leistung, Sicherheit und Komfort haben Autos schwer werden lassen. Nun setzen die Hersteller mit leichten Materialien dagegen: Aluminium, Karbon, Titan – sogar Holz. von Jürgen Rees

Der neue Range Rover

Der neue Range Rover  |  © Siu Chiu/Reuters

Ein Luxus-Geländewagen in Weiß, 258 PS stark, fünf Meter lang und 2,2 Tonnen schwer. Für Nick Rogers, Entwicklungschef beim britischen Autohersteller Land Rover , sieht so die neue Leichtigkeit aus. Fast fünf Jahre lang hat er jedes überflüssige Kilo gejagt. Denn das größte Modell seines Arbeitgebers, der Range Rover, wog 2,6 Tonnen und musste schlanker werden: 420 Kilo hat er am Ende verloren. Sonderlich nachhaltig ist das tonnenschwere Gefährt zwar immer noch nicht. Aber so viel hat andererseits noch nie ein Auto abgespeckt. Das werden die Ingenieure der anderen Hersteller mit Interesse verfolgen.

Der Automobilindustrie steht eine Zeitenwende bevor. Jahrelang wurden Autos immer schwerer. Der erste Volkswagen Golf von 1974 wog noch 750 Kilo. Heute bringt sein Nachfolger 1,2 Tonnen auf die Waage.

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Damit soll jetzt Schluss sein. Die Fahrzeuge müssen ihren Verbrauch und vor allem ihren CO2-Ausstoß senken: Fast überall auf der Welt drohen den Herstellern sonst harte Strafen. In Europa müssen Autobauer bis 2020 die durchschnittlichen CO2-Emissionen ihrer Fahrzeuge unter 95 Gramm pro Kilometer senken. Das entspricht einem Verbrauch von rund vier Litern Benzin pro 100 Kilometer. Schaffen sie das nicht, drohen ihnen Bußgelder von bis zu 4.000 Euro pro Fahrzeug.

Der einzige Ausweg: kleinere Motoren, alternative Antriebe – und vor allem leichtere Fahrzeuge.

Emissionen und Spritverbrauch

Strenge Grenzwerte dienen nicht nur dem Klima, sondern helfen auch Verbrauchern beim Sparen. Denn CO2-Ausstoß und Spritverbrauch hängen unmittelbar miteinander zusammen: Ein Liter Diesel verursacht 2,64 Kilogramm CO2, ein Liter Benzin 2,33 Kilogramm CO2.

Das bedeutet: Ein Neuwagen, der 140 Gramm CO2 je Kilometer ausstößt, verbraucht 5,3 Liter Diesel beziehungsweise 6 Liter Benzin auf 100 Kilometer. Mit dem künftigen Grenzwert von 95 Gramm pro Kilometer sinkt der Verbrauch je 100 Kilometer auf 3,6 Liter Diesel oder 4,1 Liter Benzin.

Spritsparen

Damit spart der Besitzer eines neuen Pkw kräftig bei den Treibstoffkosten. Gegenüber dem Grenzwert von 2015 bringe ein Wagen, der die Obergrenze von 2020 erfüllt, im ersten Jahr eine Ersparnis von rund 340 Euro – bei heutigen Spritpreisen, erläutert die EU-Kommission. Insgesamt lägen die Einsparungen deutlich höher als der Aufpreis des dank neuer Technik verbrauchsärmeren Wagens – die EU-Kommission geht davon aus, dass ab dem Jahr 2020 neue Pkw 1.100 Euro mehr kosten.

WWF, Greenpeace und der Verkehrsclub VCD fordern einen strengeren Grenzwert von 80 Gramm je Kilometer. Das entspräche einem Verbrauch je 100 Kilometer von 3,4 Litern Benzin oder 3,1 Litern Diesel. Bei einem Kraftstoffpreis von zwei Euro und der durchschnittlichen Fahrleistung des Jahres 2010 würde ein Autofahrer so 587 bis 959 Euro im Jahr sparen, rechnen die Verbände vor.

Doch das sagt sich so einfach. Viele Techniken, die beim Sparen helfen, treiben gleichzeitig das Gewicht in die Höhe. Schon wenn Ingenieure den Verbrennungsmotor mit einer Start-Stopp-Automatik oder einem Turbolader ausrüsten, klettert das Gewicht des Fahrzeugs um 50 Kilogramm. Bauen sie einen Elektroantrieb ein, steigt das Gewicht gar um 250 Kilo.

Dabei zahlen sich leichtere Autos sofort aus: 100 Kilogramm weniger Gewicht, so die Faustregel der Konstrukteure, senken den Verbrauch um bis zu einem halben Liter.

Um die Autos schnell leichter zu machen, testen die Hersteller daher unterschiedlichste Materialien: Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind bereits vielen ein Begriff. Viele andere Materialien sind im Automobilbau bislang eher selten, darunter Stahl kombiniert mit Kunststoff, Titan und sogar Holz. Die WirtschaftsWoche hat sich die vielversprechendsten Entwicklungen angesehen.

Leserkommentare
    • Flari
    • 23. Dezember 2012 18:42 Uhr

    "Solange der Stahl nicht reißt, kann er weiterhin Energie aufnehmen und qua Umformung "verzehren" - und genau das geht hier eben viel weiter als gewohnt, weswegen man evtl. mit einem Drittel des eingesetzten Material(!)volumens auskommen kann, um die gleiche Crashsicherheit zu erhalten."

    Die Entwicklung von Spezialstählen und sein Verwendung im Automobilbau ist ein stetiger Prozess.
    "Baustahl" ist bei den (meisten) Karosserien schon lange völlig out.
    Festigkeits- und damit Gewichtsvergleiche mit "Vorkriegsanwendungen" bringen daher nichts.

    In den allerwenigsten PKW-Anwendungsfällen kommt es (hauptsächlich) auf die Duktilität der verwendeten Stähle an, sondern darauf, was der Stahl einer Kraft durch Druck oder Verbiegung/Verformung entgegensetzt.
    Bekommt man diese Festigkeit um 20% gesteigert, bringt einem eine Erhöhung der Duktilität um MEHR als diese 20% auch (so gut wie) nichts.

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    "Bekommt man diese Festigkeit um 20% gesteigert, bringt einem eine Erhöhung der Duktilität um MEHR als diese 20% auch (so gut wie) nichts."
    Sind Sie sicher, daß Sie irgendwas von dem verstehen, worüber Sie hier schreiben?

    • HH1960
    • 23. Dezember 2012 18:54 Uhr

    ...und die heißt kleinere Autos kaufen. Wenn der neue Polo die Grösse des alten klassenlosen Golfs hat, sollte es doch im Normalfall reichen. Das Gejammer über den hohen Spritverbrauch auch neuer Autos kann ich nicht nachvollziehen. Man fährt vorausschauend, nicht schneller als 120km/h, prüft den Reifendruck, den Luftfilter und den Ölstand, vermeidet Kurzstrecken, nimmt stattdessen das Fahrrad oder nutzt den ÖPNV und kauft sich wie oben beschrieben das nächste Auto eine Nummer kleiner. Alternativ verzichtet man ganz darauf und nutzt ein carshring-Angebot.

    Wer das nicht macht, macht es bewusst und darf dann auch zahlen. Es wird doch keiner gezwungen SUV zu fahren. Ob nun 120g oder 140g CO2-Ausstoss ist letztlich egal, es rettet die Welt vor dem Klimawandel doch nicht. Dafür müssten ganz andere und vor allem schneller wirkende Maßnahmen her.

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    Car Sharinmg ausserhalb Ballungs Zentren? Ich sitze nicht weit ausserhalb. Eine Ueberland Tram wuerde durch eine Ladenstrasse am Stadrand fahren, der Wiederstand ist enorm. Seit 8 Jahren versprochen, nichts. Das No wird auf die Strassen gesprueht. Die Umsatz Einbussen waehrend der Bauarbeiten sind das Problem. Eine ehemalige City Einkaufsstrasse B-Lage ist heute nach dem Tram Bau veroedet. Afrika Call, billig Handy, An und Verkauf, der letzte Jeans laden ist weg. Die Politik koennte in den Umbau Zeiten fast immer Gratis einen alle 10 Minuten Klein Bus fahren lassen. Aber Nein! Warum endet eine Trambahn 1000 Meter vor einem seit 20 Jahren ansaessigen Einkaufzentrum im Sozialwohnungs Viertel und faehrt nicht weiter. Der Gehtsteig endet auch da!

  1. "Bekommt man diese Festigkeit um 20% gesteigert, bringt einem eine Erhöhung der Duktilität um MEHR als diese 20% auch (so gut wie) nichts."
    Sind Sie sicher, daß Sie irgendwas von dem verstehen, worüber Sie hier schreiben?

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    • Flari
    • 23. Dezember 2012 20:48 Uhr

    "Sind Sie sicher, daß Sie irgendwas von dem verstehen, worüber Sie hier schreiben?"

    Wenn ich "Behauptungen" aufstelle, habe ich darüber an sich immer Ahnung.
    Wo ich mich nicht auskenne, ist ggf. an der Formulierung oder auch am Fragezeichen zu erkennen.

    Wo treffen bei heutigen KfZ-Stählen/Fahrzeugen bei einem Crash nennenwerte Zugskräfte auf, die das Material überbeanspruchen, also aufgrund Dehnung versagen oder wo dort aufgrund der Gefahr ein höherer Materialeinsatz und dait Gewicht vorgenommen wird, der ansonsten vermeidbar wäre?

    Eine Situation ist "denkbar", bei einem Frontunfall mit wenig Überlappung, wenn die Fronttraverse oder ihre Verbindung versagt.
    Aber an sich versagt da immer die Verbindung.

    Die meisten Fälle eines "Reissens" des PKW passieren, wenn er sich um einen Baum o.ä. wickelt.
    Reisst er nicht, wird alles im Fahrgastraum verdammt komprimiert.
    Besser?

  2. Immer nur Technik Details. Dort mal 500 Gramm weniger. Ich will das Ding was ich nutzen kann nicht besitzen. Dann brauche ich auch keine Mitarbeiter oder Besucher Parkplaetze. Ich fahre derzeit einen japanische 4x4 immer auf Vorderrad auf Autogas, langer Radstand. Ausser Verschleiss bei 180.000 Km war nur der Anlasser kaput. Miet Autos sind teuer, Transporter ueber ganz Europa unleistbar. Die Mentalitaet ist gar nicht da. Niemand von uns will wirlich 800 Km mit Haenger fahren. Speditionen ausserhalb Heimatland sind unzuverlaessig bis unberechenbar wenn man nicht Grossversender ist. Mein Auto zeigt nicht wie ich meinen Beruf mache, noch wer ich bin. Ich habe den 4x4 weil der Haneger muss auch nach Open Air und UK ist nicht nur Sonne. Alles liefern lassen kann niemand von uns den Kunden zumuten, zu teuer. Wenn ich heute einem Taxifahrer ein englische GPS erklaeren muss, weill der kommt vom Sonnigen Ende der Welt, macht es meist noch Spass. Ein Auto binded zu viel Kapital. In den Urlaub fliege ich nur und nutze Taxe. Soll es weiter gehen miete ich auch meist ein US Cabrio.

  3. Car Sharinmg ausserhalb Ballungs Zentren? Ich sitze nicht weit ausserhalb. Eine Ueberland Tram wuerde durch eine Ladenstrasse am Stadrand fahren, der Wiederstand ist enorm. Seit 8 Jahren versprochen, nichts. Das No wird auf die Strassen gesprueht. Die Umsatz Einbussen waehrend der Bauarbeiten sind das Problem. Eine ehemalige City Einkaufsstrasse B-Lage ist heute nach dem Tram Bau veroedet. Afrika Call, billig Handy, An und Verkauf, der letzte Jeans laden ist weg. Die Politik koennte in den Umbau Zeiten fast immer Gratis einen alle 10 Minuten Klein Bus fahren lassen. Aber Nein! Warum endet eine Trambahn 1000 Meter vor einem seit 20 Jahren ansaessigen Einkaufzentrum im Sozialwohnungs Viertel und faehrt nicht weiter. Der Gehtsteig endet auch da!

    • 2b
    • 23. Dezember 2012 20:02 Uhr

    bei FaserVerbundKunststoffen der Rotorflügel wird eine thermische Umwandlung des zerkleinerten Werkstoffes und folgende Beimischung des dabei anfallenden Klinkermehls zu neuerlichen Betonfundamenten bei (Repowering)Anlagen vorgedacht. (siehe Fraunhofer Institut)

    Ob wir damit schon zufrieden sein sollten (Erdöl- oder Erdgasverbrauch zur langfristigen Bereitstellung der Windkraftflügel?), wäre nach Abschätzung der weltweit erforderlichen Mengen vielleicht leichter erkennbar?
    Die Renaissance bekannter Materialien in neuer Kombination (Holz->Aufbereitung->Unfallrisiken minimieren, als Nachtrag zu #4) ist aus meiner Sicht sinnige Forschung für einen HighTech_Industriestandort4.0? ...

    (Danke auch an CHT Sigur, #7)

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    • Zack34
    • 24. Dezember 2012 11:19 Uhr

    wird täglich mehr Erdöl verbraucht, als für die jahresherstellung der Rotorblätter aller dt. Windkraftwerke.

    • Flari
    • 23. Dezember 2012 20:48 Uhr

    "Sind Sie sicher, daß Sie irgendwas von dem verstehen, worüber Sie hier schreiben?"

    Wenn ich "Behauptungen" aufstelle, habe ich darüber an sich immer Ahnung.
    Wo ich mich nicht auskenne, ist ggf. an der Formulierung oder auch am Fragezeichen zu erkennen.

    Wo treffen bei heutigen KfZ-Stählen/Fahrzeugen bei einem Crash nennenwerte Zugskräfte auf, die das Material überbeanspruchen, also aufgrund Dehnung versagen oder wo dort aufgrund der Gefahr ein höherer Materialeinsatz und dait Gewicht vorgenommen wird, der ansonsten vermeidbar wäre?

    Eine Situation ist "denkbar", bei einem Frontunfall mit wenig Überlappung, wenn die Fronttraverse oder ihre Verbindung versagt.
    Aber an sich versagt da immer die Verbindung.

    Die meisten Fälle eines "Reissens" des PKW passieren, wenn er sich um einen Baum o.ä. wickelt.
    Reisst er nicht, wird alles im Fahrgastraum verdammt komprimiert.
    Besser?

    Antwort auf "optimistisch"
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    Nun, ich habe den Satz doch zitiert, bei dem sich so wirklich garnichts reimt:

    "Bekommt man diese Festigkeit um 20% gesteigert, bringt einem eine Erhöhung der Duktilität um MEHR als diese 20% auch (so gut wie) nichts."

    Als Festigkeit bezeichnet man gemeinhin die Spannung, bei der das Material zerreißt. Bis zu diesem Punkt verformt es sich, erst elastisch, dann plastisch (es "fließt"), nach diesem Punkt kann es keinerlei Kraft mehr übertragen. Fließkurven finden Sie in meinem zuvor verlinkten Diagramm. Sie können davon ausgehen, daß dort, wo die Kurven enden, jeweils der Bruch eingetreten ist. Eine Duktilität jenseits der Bruchgrenze kann es per Definition nicht geben!

    • Zack34
    • 24. Dezember 2012 11:42 Uhr

    Beim Frontalcrash treten im Bereich Spritzwand durchaus Zugkräfte auf, die aber beim Kontakt mit den Motorraum-Komponenten in starken Biegezug (mit lok. Versagen) übergehen kann. Bei einem Frontalcrash mit offset bilden sich gerade im vorderen Bodenbereich erhebliche Zugbänder (senkrecht dazu faltet das Bodenblech/Instabilität), die durchaus besonders in den Ecken zum Schweller plastifizieren. Ebenso treten beim Seitenaufprall im entsprechenden in der Tür verbauten Träger erhebliche Biege-Zugspannungen auf. Auch die Sitzstrukturen (Lehne) erfahren gewaltige Zugbeanspruchung im Züge eines Heck-Crash; wg. der teilw. Plastifizierung biegt sich die Lehne meistens deutlich nach hinten ab, was unbedingt klar begrenzt werden muss. (Kinematik des Insassen/Schutz durch den Gurt)

    Bei hochfesten Stählen werden häufiger noch dünnere Bleche verwendet als bisher (Gewichtsersparnis). Das führt - tendenziell - zu einem Verlagern der globalen Versagensmechanismen vom Blechfeld ausgehend auf die Verbindungstechnik, bzw. Schweißpunkte auf.

  4. 32. Re: #34

    Nun, ich habe den Satz doch zitiert, bei dem sich so wirklich garnichts reimt:

    "Bekommt man diese Festigkeit um 20% gesteigert, bringt einem eine Erhöhung der Duktilität um MEHR als diese 20% auch (so gut wie) nichts."

    Als Festigkeit bezeichnet man gemeinhin die Spannung, bei der das Material zerreißt. Bis zu diesem Punkt verformt es sich, erst elastisch, dann plastisch (es "fließt"), nach diesem Punkt kann es keinerlei Kraft mehr übertragen. Fließkurven finden Sie in meinem zuvor verlinkten Diagramm. Sie können davon ausgehen, daß dort, wo die Kurven enden, jeweils der Bruch eingetreten ist. Eine Duktilität jenseits der Bruchgrenze kann es per Definition nicht geben!

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