Mit neuen Werkstoffkonzepten in die Elektromobilität 3 Minuten Lesezeit
Mobilität

Mit neuen Werkstoffkonzepten in die Elektromobilität

Volkmar Held

Die Anforderungen des modernen automobilen Leichtbaus schlagen sich auch angesichts des Trends Elektromobilität in der Werkstoffauswahl nieder. Durch die konsequente Ausrichtung auf Forschung und Entwicklung und die konzernweite Vernetzung der Werkstoff- und Verarbeitungskompetenzen werden bei voestalpine stets neue Werkstoffkonzepte entwickelt.

Leichtbau ist seit mehr als 20 Jahren ein Dauerbrenner unter den Automobil-Themen. Im Fokus steht das optimale Verhältnis von Fahrzeuggewicht zu Motorleistung. Leichtere Bauteile verringern das Fahrzeuggewicht, mindern damit die notwendige Antriebsenergie und erlauben im Elektrofahrzeug den Einsatz kleinerer Batterien oder – bei gleichbleibender Batteriezahl und -größe – längere Reichweiten.
Gesucht werden daher Materialien, die mit geringerem Gewicht eine mindestens gleichbleibende Funktion, vor allem bei sicherheitsrelevanten Komponenten, gewährleisten. Leichtbau ist also eine zentrale Komponente der Automobilindustrie, sowohl zur Effizienzsteigerung bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen als auch in der Elektromobilität.

Leichte Werkstoffkombinationen

Ein Ansatz sind hier Multi-Material-Lösungen, bei dem mehrere Werkstoffe je nach Eigenschaft optimal kombiniert werden. ‚Bei derartigen Hybridmaterialien können beispielsweise die Festigkeit des Stahls mit der Leichtigkeit eines weiteren Werkstoffs verbinden. Eine solche Kombination ist jetzt dank der Fertigungsexpertise von Spezialisten der voestalpine auf dem Weg in die Autos der Normalverbraucher:

"Die High-Tech-Synthese aus hochfestem Stahl und langfaserverstärkten Kunststoffplasten erfolgte bisher in mehreren Schritten, da Kunststoff und Metall vor der Verbindung einzeln umgeformt werden mussten. Jetzt formen und verbinden wir in nur einem Arbeitsgang – eine bahnbrechende, kostensenkende Leistung"
Harald Schwinghammer, Projektmanager für Forschungs- und Entwicklungsthemen in der Metal Forming Division

Ein solches Hybridbauteil mit gleicher Steifigkeit ist um 30 % leichter als ein reines Stahlbauteil!
Vor weniger als zehn Jahren bereits brachte voestalpine mit der Stahl-Aluminium-Platine eine Innovation auf den Markt, die die Leistungsfähigkeit der stahldominierten Mischbauweise unter Beweis stellte.

Werkstoffkonzepten in die Elektromobilität

Anteil hochfester Stähle steigend

Der Werkstoff Stahl bietet auch als Solo-Werkstoff immer wieder Neues in Sachen Leichtbau. Laut der Studie „Die Rolle von Stahl in der Elektromobilität“ vom Handelsblatt Research Institute im Auftrag von voestalpine wird der Anteil hochfester Stähle im Fahrzeugbau von derzeit 18 auf 30 Prozent des gesamten Stahleinsatzes steigen.
Dieser Trend wird von den Forschern der voestalpine Stahl GmbH mit ihrer Werkstoffexpertise mitgestaltet. Wichtige Positionen nimmt dabei AHSS, Advanced High-Strength Steel, ein. Beispielsweise bestehen Dual- und Complexphasen-Stähle, wie ihre Namen erkennen lassen, aus unterschiedlichen Phasen – das sind winzige Kristallgitter, die im Stahl gezielt durch Wärmebehandlungen erzeugt werden können. Das verleiht dem Werkstoff hohe und höchste Festigkeit.

High-Ductility Stähle von voestalpine

„Durch Veränderungen des Gefügedesigns haben wir diese klassischen AHSS noch verbessert: Als HD (High Ductility/hohe Umformbarkeit)-Varianten bieten sie neben der sehr guten Festigkeit und dem ausgezeichneten Crashverhalten eine wesentlich bessere Umformeignung“, stellt der Forschungsleiter der voestalpine Stahl GmbH, Thomas Hebesberger, Weiterentwicklungen vor. AHSS HD-Stähle entsprechen damit in besonderer Weise den Anforderungen der Fahrzeughersteller. „Um den Wünschen unserer Automobilkunden noch besser gerecht werden zu können, fokussieren wir unsere Forschung unter anderem auf die Verbesserung der Schweißbarkeit unserer ahss high-ductility“, verweist Hebesberger auf die aktuelle Entwicklung.

Gemeinsam bieten verbesserte Stahlwerkstoffe mit Festigkeiten von bis zu 1.800 Megapascal und modernste, korrespondierende Fügeverfahren eine verbesserte Crashperformance. Doch nicht allein diese Eigenschaft dürfte den Autofahrer erfreuen; darüber hinaus tragen sie zu günstigeren Fahrzeugkosten und einer besseren Recycelbarkeit bei.

Faktor Wirtschaftlichkeit

Weltweit suchen OEMs nach weiteren Leichtbaulösungen. Aluminium, Magnesium, Titan oder kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) sind jedoch bisher aus Kostengründen in der Regel besonderen Modelllinien vorbehalten. Doch selbst hier denken Hersteller um – zum Beispiel setzt Premiumproduzent BMW in seinem i5 ab 2021 auf Stahl und Leichtmetall anstelle auf Carbon, wie noch beim Modell i3. voestalpine ist mit ihren innovativen Werkstoffkonzepten bestens für den dynamischen Markt der Automobilindustrie gerüstet.

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