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VDIExpertenwissen

Günter Deinzer, Leiter Technologie & Eigenschaftsentwicklung Faserverbundkunststoffe, Audi AG

Neben dem konzeptionellen und konstruktiven Leichtbau spielt der werkstoffliche Leichtbau in der Automobilindustrie eine wichtige Rolle. Audi hat auf diesem Gebiet in den letzten zwei Dekaden Pionierarbeit geleistet. Mit dem Audi Space Frame (ASF) haben wir den Leichtbau aus seinem Nischendasein befreit und fit gemacht für die Großserie. Wir haben Leichtbau zum strategischen Projekt erklärt und richten seither die Entwicklung neuer Fahrzeuge konsequent daran aus. So konnten wir mit dem Werkstoff Aluminium Dinge möglich machen, die lange als nicht realisierbar galten.

Um die Strategie der nachhaltigen Mobilität erfolgreich umzusetzen, ist es für uns ganz maßgeblich, das Fahrzeuggewicht weiter zu reduzieren – und das unabhängig vom Antriebskonzept. Ökologisch nachhaltige Fahrzeuge brauchen konsequente Leichtbaumaßnahmen, und zwar unabhängig von der Antriebsart. Denn die Gesetze der Physik gelten universal. Und das bedeutet: Je höher das Gewicht eines Autos, desto höher der Verbrauch. Damit ist der konsequente Fahrzeugleichtbau eine wesentliche Voraussetzung zur Ressourcenschonung. Er ist das tragende Fundament für die nachhaltige Mobilität der Zukunft.

Innovative Leichtbau-Karosseriekonzepte stellen hohe Ansprüche an den optimalen Einsatz aller potentiellen Leichtbauwerkstoffe. Hochwertige Leichtbaukonzepte können sehr unterschiedlicher Art und Ausprägung sein. Entscheidend ist jedoch ein ganzheitlicher Ansatz. Nur bei einer Gesamtbewertung lässt sich Materialeffizienz erreichen, das heißt der richtige Werkstoff muss am richtigen Platz mit bester Funktionsintegration eingesetzt sein.

Bionisches Leichtbauprinzip

Das bionische Leichtbauprinzip nach dem Vorbild der Natur „Material nur dort einzusetzen, wo es lastbedingt benötigt wird“, kann beim ASF nahezu optimal umgesetzt werden. Die gestalterische Freiheit bei der Konstruktion sowie die Möglichkeit, die Werkstoffauswahl auf die Anforderungen abzustimmen, führen zu einer erhöhten Materialeffizienz. Vielversprechende funktionsintegrierte Leichtbaukonzepte der Zukunft werden dadurch gekennzeichnet sein, dass man Materialhybride beherrscht und diese in Produktionsprozesse integriert. Von entscheidender Bedeutung für den Weg in die Großserie ist aber, dass Fertigungstechnologien entwickelt werden, die sich durch vertretbare Kosten sowie robuste Prozesse auszeichnen. Dies gilt insbesondere für den Leichtbau mit Kohlefaserwerkstoffen (CFK), eine Werkstoffgruppe, die als logische Weiterentwicklung des materialeffizienten Leichtbaus ein integraler Bestandteil der Audi Leichtbaustrategie darstellt.

Leichtbauentwicklung bei Audi

Bei Audi haben wir einen reichen Erfahrungsschatz mit diesem Werkstoff und können seine Leistungsfähigkeit sehr gut beurteilen: Zu Beginn der 80er Jahre haben Faserverbundkunststoffe über den Rennsport Einzug in den Automobilbau gehalten; bei Audi im Rallye quattro. 1983 folgte mit dem „Sport-quattro“ der erste Serieneinsatz von Kohle-, Glas und Aramid-Faserverstärktem-Kunststoff in einer Audi-Karosserie. Bereits 1988 reduzierte eine Kardanwelle aus CFK die rotierenden Massen des Audi 90 quattro. Auch bei unseren aktuellen Fahrzeugen setzen wir auf das Leichtbaupotential der Faserverbundwerkstoffe. Beispielsweise als sichtbarer emotionaler Leichtbau dargestellt am Sideblade in Strukturgewebeoptik des Audi R8 Coupé. Beim R8 Spyder haben wir den Anteil der CFK-Bauteile nochmals deutlich erhöht. Die Seitenteile, die kraftschlüssig in die ASF-Struktur eingebunden sind, und die komplexe Motorraum- und Verdeckkasten-Abdeckung bestehen aus dem leichten CFK. Dennoch, eine ausschließlich aus Kohlefaser bestehende Karosserie wird nicht die Zukunft für Audi sein.

Wir sind durchaus von den funktionalen Eigenschaften des Werkstoffes überzeugt, aber wir verfolgen einen ganzheitlichen und nachhaltigen Ansatz beim Thema Leichtbau, statt vordergründig einen Werkstoff zu exponieren und zu positionieren. Zudem wird man den Faser-Verbund-Kunststoffen nicht gerecht, wenn man sich ausschließlich auf die sehr aufwändig herzustellende Kohlefaser beschränkt. Eine bedeutende Aufgabenstellung liegt auch in der Erarbeitung von Bauteil-spezifischen Reparaturkonzepten. Dabei dienen Konzepte aus der Luftfahrttechnik als Basis für segmentweise oder partielle Reparatur von CFK-Komponenten. Wesentlich ist hierbei die Berücksichtigung des Reparaturfalles bereits in der Auslegungs- und Konstruktionsphase.

Nicht auf eine spezifische Faser festgelegt

Vor dem Hintergrund eines im Vergleich zu anderen Werkstoffgruppen kleinen Marktvolumens bedarf es einer frühen Abstimmung der automobilen Bedarfe und der verfügbaren Mengen in der für die Konstruktion zugrunde liegenden Qualität. Auch hier zahlt sich die frühe Einbindung der Lieferanten in die Technologie- und Eigenschaftsentwicklung  aus. Wir entwickeln in unserem neuen Technikum hochautomatisierte wirtschaftliche Herstellungs­prozesse für faserverstärkte Kunststoffe, ohne dass wir uns auf eine spezifische Faser festlegen.

Folgend der Audi Philosophie, nur das Material mit den besten funktionalen Eigenschaften bei geringstem Gewicht und zu vertretbaren Kosten einzusetzen, werden wir faserverstärkte Kunststoffbauteile immer im Blick haben, aber niemals als die alleinige Lösung. Denn unsere Kernkompetenz ist die intelligente Mischbauweise, die in Hinblick auf Ökonomie und Ökologie ein großes Zukunftspotential bietet. Strategisch ist es für uns von entscheidender Bedeutung, eine größtmögliche Flexibilität bei den Leichtbau- und Fertigungskonzepten zu ermöglichen, um auf sich ändernde Werkstoff- und Rohstoffpreise oder Fortschritte konkurrierender Technologien reagieren zu können.


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