Automotive
E-Mobilität und Leichtbau
5. April 2019
E-Mobilität und Leichtbau
4 Minuten Lesezeit
Volkmar Held
Als freier Autor berichtet Volkmar Held für voestalpine über Themen, die bewegen. Die inhaltlichen Schwerpunkte seiner Storys reichen von der Archäometallurgie bis zu Zukunftstechnologien.
Fahrzeuge leichter und sicherer machen – Leichtbau im Automobilbau ist nach wie vor ein Trend, auch in der Elektromobilität. voestalpine ist mit ihrer Kompetenz in der Entwicklung höchstfester Stähle und andererseits mit innovativen Warmumformungstechnologien bestens für die Anforderungen der Automobilindustrie gerüstet.
Autos sollen leichter werden. So sinkt ihr Kraftstoffbedarf und damit auch der CO2-Ausstoß. Solange Verbrennungsmotoren den automobilen Antrieb dominieren, galt dies als ein unumstößlicher Fakt. Doch wie steht es in den Zeiten der Elektromobilität um den Leichtbau?
Leichtbau im Elektro-Zeitalter
Elektroautos sind schon vom konstruktiven Ansatz her anders als konventionelle „Verbrenner“. Sie verlangen nach einem subtilen Ausgleich von Eigengewicht und Leistung. Das hat u. a, mit der Rekuperation zu tun – ein Effekt, den Stromer und Hybride nutzen, um aus ihrer Bremsenergie Strom für die Antriebsbatterien zu gewinnen. Das wirkt bei leichteren Fahrzeugen weniger effektiv. Konstrukteure wägen daher im „moderaten Leichtbau“ ab, wie sich das Fahrzeuggewicht hinsichtlich der Gesamtenergiebilanz verhält. Leichtere Fahrzeuge gewinnen weniger Kraft aus der Rekuperation; sie verlangen dafür jedoch von vornherein für ihre Bewegung einen geringeren Energieeinsatz als automobile Schwergewichte unter gleichen Bedingungen.
Markus Borz, der im Corporate Development der voestalpine AG für strategische Projekte zur Elektromobilität zuständig ist, erklärt:
"Es gibt Berechnungen, dass durch die Rekuperation im E-Auto der Energieverbrauch nicht mehr so stark an das Fahrzeuggewicht gekoppelt ist. Das ist sicher richtig, aber nur ein Teilaspekt. Denn das Gewicht ist nicht allein beim Antrieb bestimmend. Es wirkt entscheidend auf das Fahrverhalten, die Belastung des Fahrwerks usw. Der Leichtbau wird auch bei Elektrofahrzeugen ein wichtiges Thema bleiben!"
Was ist Leichtbau?
Doch: Was ist eigentlich Leichtbau? Leichtbau ist eine Schlüsseltechnologie, um den Herausforderungen hinsichtlich Energie- und Materialeffizienz zu begegnen und zugleich die Produktivität zu erhöhen. Für das Auto heißt das: Mit der gleichen zugeführten Energie sollten längere Fahrtstrecken zurücklegbar sein. Dabei spielt das Gewicht eine wichtige Rolle. Daher unterwerfen alle Hersteller ihre Automodelle einem Diätplan aus Werkstoff-, Fertigungs- und Formenleichtbau.
Zu seiner Verwirklichung wurden bisher unterschiedlichste Wege eingeschlagen, die zum Beispiel Magnesium, Aluminium oder CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) hießen. Dafür griff die Automotive-Industrie tief in die Tasche, denn die Kosten für die Massereduktion des Fahrzeuggewichts liegen beim Einsatz von Aluminium fünf Mal und bei Karbon sogar zwölf Mal höher als bei intensivem Stahleinsatz, ermittelt die Studie „Die Rolle von Stahl in der Elektromobilität“ vom Handelsblatt Research Institute in Auftrag von voestalpine (HRI-Studie). „Vor 5 oder 10 Jahren wurde viel Geld in jeglichen Leichtbau investiert“, erinnert sich Enno Arenholz, Leiter Vorfeldforschung/Innovation der voestalpine Stahl GmbH. Jetzt stehe das Thema „bezahlbarer Leichtbau“ im Fokus.
Leichtbau im E-Auto
Dank der mit Leichtbau-Hilfe gesenkten Fahrzeuggewichte können Hersteller die notwendige Größe der Batterien reduzieren. Die sind nämlich mit ca. 30 bis 50 Prozent der Kosten maßgeblich für die vergleichsweise hohen Preise von batteriegetriebenen Elektrofahrzeugen verantwortlich, bekräftigt die HRI-Studie. Die Formel ist simpel: Für die gleiche Strecke benötigt man zum Antrieb eines leichteren Fahrzeugs weniger Energie. Das senkt mit den Batterie- die Gesamtherstellungskosten.
Die HRI-Studie geht davon aus, dass der Anteil mittel- und hochfester Stähle von derzeit 18 auf knapp 30 Prozent gegenüber herkömmlichen Stahlsorten steigen soll. Dabei können Leichtbaulösungen in der E-Mobilität eine neue Schlüsselrolle einnehmen: Bei der Einhausung und Sicherung der Batterien von E-Autos beispielsweise. Batteriekästen aus Stahl könnten an dieser Stelle in echten Wettbewerb zu reinen Aluminium-Lösungen treten, in Hinsicht auf ihr Crashverhalten, ihre Wirtschaftlichkeit und auf ihre Lebenszyklusbetrachtung (LCA). Der Batteriekasten wird somit ein neues, wichtiges Betätigungsfeld für europäische Werkstoffhersteller.
voestalpine für die Zukunft des Leichtbaus gerüstet
Leichtbau verlangt daher in der Elektromobilität neue, komplexe Ansätze aus einer Kombination von Werkstoff, Technologie und Konstruktion. Ansätze, die in den voestalpine-Gesellschaften seit mehreren Jahren konsequent verfolgt werden. Zum einen mit der Entwicklung höchstfester Stähle und andererseits mit innovativen Warmumformungstechnologien wie phs-ultraform® und phs directform®, die im Auto für sicherheitsrelevante Komponenten wie A-/B-Säule, Querträger u. dgl. eingesetzt werden. Auch im Bereich der Batteriegehäuse liefert der Konzern bereits heute besonders leichte und sichere Komponenten.
Mehr zu den Lösungen der voestalpine im Bereich Elektromobilität: Blogbeitrag „Elektromobilität bei voestalpine“
Volkmar Held