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
    • 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.

    • 2b
    • 24. Dezember 2012 12:42 Uhr

    interessanter Vergleich, tatsächlich?

    Wird das für Karbonfaserteile an Kraftfahrzeugen (und deren Massenanfertigung) noch in ähnlicher Anteiligkeit gelten?
    Ersatzrohstoffe für Verbundklebstoffe (Recycling)?

  1. Der Stahl in Stahlbetonbrücken steht deshalb unter Zugspannung, weil er dadurch den Beton unter Druckspannungen hält, damit der Beton auch bei voller Belastung und darüber hinaus niemals in den Zustand "Zugbelastung" kommt, denn dann zerreißt er = die Brücke stürzt ein.
    Der Einsturz der WTC am 9/11 war wohl den Analysen zufolge eher dem "Ausbeulen" der senkrechten Stahlpfeiler ( Eulerscher Knickfall was-weiß-ich ) zuzuschreiben, hatte also nur bedingt mit Druckfestigkeit zu tun.
    Das "Eisen" in den Crashstrukturen der Fahrzeuge soll a) den Abbremsweg möglichst lang machen, damit die Beschleunigung auf die Insassen "minimiert" wird und wenn die Crashstruktur so richtig Energie beim Verformen aufnimmt ( also bei Belastung dann möglichst gleichmäßig fließt und dafür viel Verformungsarbeit nötig ist ), dann bleiben die Unfallfolgen für die Insassen auch überlebbar.

    Antwort auf "Freizeitforscher? :-))"
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    • Flari
    • 25. Dezember 2012 20:02 Uhr

    Spannbeton ist ein gutes Beispiel dafür, wie sich unterschiedliche Materialen konstruktiv/ingnieurmässig ideal kombinieren lassen.
    Stahl und Beton haben den Vorteil, dass ihre "natürlichen" Temperaturausdehnungskoeffizienten schon sehr nahe beieinander liegen und sich durch unterschiedliche Massnahmen noch weiter annähern lassen.
    Dabei ist allerdings beim Beton lediglich interessant, dass seine Druckaufnahmefähigkeit PREISWERTER als beim Stahl ist.
    Ggf. natürlich auch die dadurch verwendete (billige) Masse, welche Schwingungen mindern KANN.
    Eine erhöhte Zugfestigkeit geht natürlich in den Stahlbedarf ein.
    Das muss mit allen Kosten(stellen) einschl. Lebensdauer berechnet werden.

    Beim Einsturz der WTC-Gebäude kamen die unterschiedlichsten Dinge zusammen:
    - "etwas" erhitzter Stahl der waagerechten Träger dehnt sich aus und drückt die senkrechten Träger nach aussen.
    - "stärker" erhitzer Stahl verliert seine Tragfähigkeit und Biegefestigkeit und kann dennoch Zug übertragen und die senkrechten Stützen durch Durchbiegung nach innen ziehen oder an Position halten.
    - Nicht(mehr)lotrechte Bauelemente büssen sofort einen Teil ihrer Tragfähigkeit ein, insbesondere, wenn ebenfalls durch Hitze geschwächt.
    - Für den Kollaps einer einzelnen Etage ist kein einziges Hochhaus der Welt gerüstet, wenn dieser nicht gerade an höchster Stelle stattfindet.

    Der Einsatz hochzugbelastungsfähiger Stähle hätte HIER nichts geändert.
    Es zählt nur die Norm.
    Dieses Beispiel ist also irrevant.

    • Flari
    • 25. Dezember 2012 20:31 Uhr

    Solange keine Karosserieteile den Insassen bei einem Crash schädigen und umbringen, zählt alleine die Speedenergie, die bei einem Aufprall GLEICHMÄSSIG über den vorhandenen Weg abgebaut werden muss.
    Wer die Front auf Unfälle mit niedriger Speed auslegt, nimmt in Kauf, dass der Insasse bei höherer Speed eher stirbt, als wenn dabei für seine Sicherheit gesorgt wäre.
    Prinzipiell können hier nur gesetzliche Vorgaben Wirkung zeigen, Insassen und ggf. Unfallgegner ähnlich zu schützen.
    Demnach gehe ich von Ihren Diskussionspunkten davon aus, dass Sie die hier behandelte Problematik nicht wirklich verstanden haben, soweit es die von einem Vor-Forumisten aufgestellte Behauptung bzgl. möglicher Gewichtseinsparungen aufgrund erhöhter Zugkraftaufnahme betrifft, welche nicht gleichzeitig analog anderer Stabilisierungssteigerungen sind.

    • Flari
    • 25. Dezember 2012 20:02 Uhr

    Spannbeton ist ein gutes Beispiel dafür, wie sich unterschiedliche Materialen konstruktiv/ingnieurmässig ideal kombinieren lassen.
    Stahl und Beton haben den Vorteil, dass ihre "natürlichen" Temperaturausdehnungskoeffizienten schon sehr nahe beieinander liegen und sich durch unterschiedliche Massnahmen noch weiter annähern lassen.
    Dabei ist allerdings beim Beton lediglich interessant, dass seine Druckaufnahmefähigkeit PREISWERTER als beim Stahl ist.
    Ggf. natürlich auch die dadurch verwendete (billige) Masse, welche Schwingungen mindern KANN.
    Eine erhöhte Zugfestigkeit geht natürlich in den Stahlbedarf ein.
    Das muss mit allen Kosten(stellen) einschl. Lebensdauer berechnet werden.

    Beim Einsturz der WTC-Gebäude kamen die unterschiedlichsten Dinge zusammen:
    - "etwas" erhitzter Stahl der waagerechten Träger dehnt sich aus und drückt die senkrechten Träger nach aussen.
    - "stärker" erhitzer Stahl verliert seine Tragfähigkeit und Biegefestigkeit und kann dennoch Zug übertragen und die senkrechten Stützen durch Durchbiegung nach innen ziehen oder an Position halten.
    - Nicht(mehr)lotrechte Bauelemente büssen sofort einen Teil ihrer Tragfähigkeit ein, insbesondere, wenn ebenfalls durch Hitze geschwächt.
    - Für den Kollaps einer einzelnen Etage ist kein einziges Hochhaus der Welt gerüstet, wenn dieser nicht gerade an höchster Stelle stattfindet.

    Der Einsatz hochzugbelastungsfähiger Stähle hätte HIER nichts geändert.
    Es zählt nur die Norm.
    Dieses Beispiel ist also irrevant.

    • Flari
    • 25. Dezember 2012 20:31 Uhr

    Solange keine Karosserieteile den Insassen bei einem Crash schädigen und umbringen, zählt alleine die Speedenergie, die bei einem Aufprall GLEICHMÄSSIG über den vorhandenen Weg abgebaut werden muss.
    Wer die Front auf Unfälle mit niedriger Speed auslegt, nimmt in Kauf, dass der Insasse bei höherer Speed eher stirbt, als wenn dabei für seine Sicherheit gesorgt wäre.
    Prinzipiell können hier nur gesetzliche Vorgaben Wirkung zeigen, Insassen und ggf. Unfallgegner ähnlich zu schützen.
    Demnach gehe ich von Ihren Diskussionspunkten davon aus, dass Sie die hier behandelte Problematik nicht wirklich verstanden haben, soweit es die von einem Vor-Forumisten aufgestellte Behauptung bzgl. möglicher Gewichtseinsparungen aufgrund erhöhter Zugkraftaufnahme betrifft, welche nicht gleichzeitig analog anderer Stabilisierungssteigerungen sind.

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  • Quelle WirtschaftsWoche
  • Schlagworte Volkswagen | Audi | BMW | Bugatti | Mazda | ThyssenKrupp
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