Doppel-Hybrid im Auto

Um die zukünftigen strengen Abgasgrenzwerte zu erfüllen und den Spritverbrauch weiter zu senken, müssen im Auto von morgen elektrische oder hybride Antriebssysteme mit dem hybriden Leichtbau kombiniert werden.

In Zeiten immer niedrigerer CO2-Grenzwerte und hoher Spritpreise sind nicht nur neue elektrische oder hybride Antriebskonzepte ein Weg aus der Krise der Automobilindustrie, sondern auch leichtere Fahrzeuge. Denn durch Sicherheits- sowie Assistenzsysteme und gestiegenen Komfort sind Pkws seit 1980 im Schnitt um bis zu 30 Prozent schwerer geworden. Da aber die Potenziale von Stahl oder Aluminium für den klassischen Leichtbau weitgehend ausgeschöpft sind, lässt sich dieser Trend nur umkehren durch den hybriden Leichtbau mit Hilfe von Faserverbundwerkstoffen, bei denen Kohlenstoffendlosfaserverbunde und Metallverstärkungen miteinander kombiniert werden. Gegenüber der konventionellen Autoherstellung ließen sich damit bis zu 40 Prozent des Gewichts einsparen, was sich unmittelbar auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt: Wird das Gewicht eines Mittelklassewagens um 100 Kilogramm verringert, sinkt der Kraftstoffverbrauch um bis zu 0,3 Liter pro 100 Kilometer.

Doch nicht nur bei Autos oder Schienenfahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen gehört dem hybriden Leichtbau die Zukunft, auch im Anlagen- und Maschinenbau geht der Trend eindeutig in diese Richtung, zum Beispiel bei schnell beweglichen Teilen in Maschinen oder bei Rotorblättern von Windkraftanlagen. „Bisher werden Faserverbundwerkstoffe vor allem im Flugzeugbau genutzt, für die Massenproduktion im Fahrzeug- oder Maschinenbau von morgen müssen diese Hightech-Werkstoffe aber noch kostengünstiger werden“, erklärt Frank Henning, Geschäftsführer des Karlsruher Innovationsclusters „Technologien für den hybriden Leichtbau (KITe hyLITE)“, der aus über dreißig Partnern aus Forschung und Industrie besteht. Der Cluster soll den hybriden Leichtbau reif für die Serienproduktion machen.

Zum Kernteam gehören die drei Fraunhofer-Institute für Chemische Technologie ICT, für Werkstoffmechanik IWM und für Betriebsfestigkeit LBF. Gemeinsam mit mehreren Instituten der Universität Karlsruhe und dem Kompetenzzentrum Fahrzeugleichtbau sowie Industriepartnern aus der Automobilindustrie analysieren die Wissenschaftler  und Experten neue Werkstoffe und entwickeln daraus möglichst leichte und trotzdem robuste Bauweisen.

Hierfür erarbeiten sie Konstruktionsrichtlinien für den Einsatz dieser Werkstoffe und simulieren das Verhalten der Bauteile im Crashfall. Sie arbeiten auch an Machbarkeitsstudien und Detaillösungen, zum Beispiel für Fahrwerkskomponenten in Leichtbauweise, um die neuen Technologien zeitnah reif für den Einsatz in den Fabriken zu machen.

Eine zentrale Rolle spielt dabei die Kombination von Faserverbundwerkstoffen mit metallischen Einlegern, vor allem die Fragen, wie man sie dauerhaft aneinanderfügen kann. Denn Verbundwerkstoffe aus Kohlenstofffasern können bei geringem Gewicht viel Last aufnehmen, sind aber fünfmal zugfester als Stahl und rund 30 Prozent leichter als Aluminium. Gleichzeitig arbeiten die Wissenschaftler an Produktionsverfahren, mit denen sich Faserverbundstoffen bei der Serienfertigung von Pkws wirtschaftlich einsetzen lassen.

Finanziert wird der Innovationscluster zu je einem Drittel von der Fraunhofer-Gesellschaft, dem Land Baden-Württemberg und der Industrie. Die industriellen Partner sind Fahrzeughersteller wie Audi, Daimler und Porsche, Rohstoffproduzenten, Werkzeug- und Formenbauer, Anlagen- und Maschinenbauer sowie zahlreiche Firmen aus der Fahrzeugzulieferindustrie. Insbesondere im Auto-Land Baden-Württemberg gibt es nicht nur viele bekannte Produzenten und Zulieferer, sondern auch zahlreiche sogenannte „hidden Champions“, die in den Technologien für den hybriden Leichtbau weltweit führend sind.

Fraunhofer-Gesellschaft


Weitere Infos:

• Innovationsclusters „Technologien für den hybriden Leichtbau" (KITe hyLITE):
  http://www.fahrzeugleichtbau.de/

AL