Audi nimmt’s leicht
Audi nimmt’s leicht
19. Mai 2017

Ende des Jahres kommt der neue A8. Auch beim nächsten Flagg­schiff setzen die Ingolstädter auf die Leicht­bau­weise. Der Werkstoff­mix aber ist einzigartig, wie ein Blick hinter die Produktions­kulissen verrät.

Ein neues Oberklassenauto in der eigenen Straße war früher ein Ereignis. Stolz klopfte sein Neubesitzer aufs heilige Blech und klärte die beeindruckten Nachbarn auf: „Stahl. Fingerdick, gebaut für die Ewigkeit.“ Denkste. Der Rost fraß bald schon erste Löcher ins automobile Weltbild. Den Rest besorgten die Trinkgewohnheiten solcher latent übergewichtigen Asphaltschiffe.

Umso interessierter zeigte sich die Fachwelt, als Audi 1993 auf der IAA etwas bis dato Unvorstellbares präsentierte: Der brandneue A8 stand dort mit einer unlackierten Karosserie aus poliertem, silbern glänzendem Aluminium. Sie wog nur 249 Kilogramm, gefertigt war sie aus 334 Einzelkomponenten, zu 75 Prozent in Handarbeit zusammengefügt. Sie war der Auftakt zu einer Leichtbaustrategie, die Audi trotz vieler Anfangswiderstände mit Beharrlichkeit verfolgte. So wurde auch die zweite Baureihe des A8 neun Jahre später in der von Audi „Space Frame“ getauften Weise gefertigt. Deren Karosserie wog sogar nur noch 220 Kilo und damit fast die Hälfte weniger als vergleichbare der Konkurrenz aus Stahl.

Mehr Tragkraft für das 48-Volt-Bordnetz

Ende des Jahres nun kommt der neue A8 auf den Markt, natürlich ebenfalls in Leichtbauweise gefertigt. Aber – soviel sickerte schon durch – seine Karosserie wird wieder rund 60 Kilo mehr auf die Waage bringen. Der Neue soll in Sachen Torsionssteifigkeit seinen Vorgänger um knapp ein Viertel übertrumpfen, lautete die Vorgabe. Zudem muss er sich „auch elektrisieren lassen“, wie Dr. Bernd Mlekusch, der Leiter des Audi-Leichtbauzentrums in Neckarsulm, verrät. Er soll also in der Lage sein, je nach Version Speichermodule für den Antrieb eines Elektromotors an Bord zu führen. Auch das vorgesehene 48-Volt-Bordnetz benötigt mehr Tragkraft seitens der Karosserie. Trotzdem bleiben nur 282 Kilo unterm Strich.

Die Audianer legen damit laut Mlekusch einen Bestwert im Segment vor. Mit einem Mix aus Aluminium, Magnesium, kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK, umgangssprachlich Carbon) und dem immer noch unabdingbaren Stahl, benutzen sie zum Bau der Karosserie gleich vier verschiedene Werkstoffe. „Die entscheidende Inspiration für deren Verteilung stammt aus der Natur“, erklärt Mlekusch und verweist auf die erstaunliche Materialwirtschaft von Bienen: „In einem Bienenstock kommt an den Waben auch nur so viel Material zum Einsatz, wie es für die Funktionserfüllung erforderlich ist“.

Um im Bild zu bleiben: Rund 200 emsige Spezialisten kümmern sich im Neckarsulmer Leichtbauzentrum um die Umsetzung dieses Prinzips auf den modernen Automobilbau. Freilich unter komplexeren Anforderungen, als Bienen sie kennen. Je vielfältiger die Werkstoffe, desto aufwendiger wird die Konstruktionsplanung. Das richtige Material müsse in der richtigen Menge an die richtige Stelle.

Flächenmäßig größtes Bauteil der neuen A8-Karosserie ist eine Rückwand aus CFK. Ihre Besonderheit: Sie ist an verschiedenen Stellen unterschiedlich dick. Dazu haben die Ingenieure die zu erwartenden Belastungen in Längs- und Querrichtung sowie die wirkenden Schubkräfte berechnet, denen eine solche Rückwand ausgesetzt ist. Und zwar an verschiedenen Stellen, um so die Anzahl der einzelnen Faserlagen an die jeweils lokale Belastung anpassen zu können.

Das Carbon-Teil ist daher nicht einheitlich gefertigt, sondern besteht je nach punktueller Beanspruchung aus sechs bis neunzehn Lagen. Das spart Material und somit Gewicht. Auch die neue Fahrgastzelle – zusammengefügt aus Stirnwand, Seitenschweller, B-Säule, und Dachbogen – zeigt, wie sich der Gebrauch von Werkstoffen optimieren lässt. Im Falle der Zelle ist es nach wie vor Stahl. Bei seiner Verwendung geht es nicht ums Sparen, sondern um die Erhöhung der Festigkeit – frei nach dem Prinzip „weniger ist mehr“. Tailored-Technologie nennen Experten dieses Verfahren, bei dem die Stahlblechplatinen für die Fahrgastzelle maßgeschneidert, also unterschiedlich dick hergestellt werden, um das Gesamtgefüge zu verfestigen.

Den größten Anteil an der Karosserie hat Aluminium mit 58 Prozent. Der Werkstoff an sich ist für Audi fast ein alter Hut (siehe Kasten). Die Verbindungstechnik aber stellt die Ingenieure vor immer neue Herausforderungen. Der Grund: Die Alukomponenten sind nicht nur als Bleche, sondern auch als schwieriger zu verarbeitende Gussknoten oder Profile ganz entscheidende Elemente der Leichtbauweise. Die Kunst ist es daher, die physikalischen Grenzen solcher Verbindungsteile immer weiter nach oben zu verschieben.

Beim neuen A8 sprechen die Ingenieure von „deutlich höheren Werten“ als bisher. So sorgen neue, sogenannte warmaushärtende und höchstfeste Gusslegierungen für eine Zugfestigkeit von mehr als 230 Megapascal. Die Zugfestigkeit sagt aus, wie stark ein Werkstoff maximal belastbar ist. Die schon vorher eintretende „Streckgrenze“ – das ist die Zugbelastungsgrenze, bis zu der ein Werkstoff keinerlei bleibende plastische Verformungen aufweist – liegt für diese Gusslegierungen bei mehr als 180 Megapascal. Bei den Profillegierungen erreichen manche Streckgrenzen Werte bis 320 Megapascal, berichten die Ingenieure stolz. Nur zum Vergleich: Baustahl etwa besitzt je nach Norm und Qualität eine Streckgrenze zwischen 185 und 355 Megapascal.

Bleibt das Thema Magnesium, im Automobilbau noch ein eher exotisch anmutender Werkstoff. Beim künftigen A8 wird die Domstrebe aus Magnesium sein. Diese Strebe sitzt zwischen den kuppelförmigen Wölbungen im Motorraum, unter denen sich die Lager der Federbeine befinden. Eine solche Domstrebe ist ein einfaches, aber effizientes Mittel, um die Steifigkeit zu erhöhen. Gleichzeitig ermöglicht sie es, bei einem Frontalaufprall die auftretenden Kräfte noch besser im Vorderwagen zu verteilen, ehe sie überhaupt an der Fahrgastzelle ankommen.

Ihr Nachteil: Sie schlägt aufs Gewicht. Der Materialwechsel macht sich hier durchaus bemerkbar, die Strebe ist 28 Prozent leichter als beim Vorgängermodell. Neue Materialien also halten zunehmend Einzug im Automobilbau, so viel steht fest. Der Stahlbranche deshalb zum Trost noch dies: Der A8 macht’s wieder gut, wenn auch indirekt. 14.000 Tonnen Stahl – so viel hat der Konzern in der neuen, vor Kurzem eröffneten Karosseriebauhalle in Neckarsulm verbaut. Das ist immerhin doppelt so viel, wie für den Pariser Eiffelturm vonnöten waren. Der war übrigens auch mal Pionier der Leichtbautechnik.

Alex Mannschatz




Pioniere des Leichtbaus bei Audi

1994 bekommt der Audi A8 der ersten Generation eine selbstragende Karosserie mit einem hohen Anteil an Aluminiumkomponenten. Die Entwicklung bringt 40 Patentanmeldungen mit sich.


1999 startet mit dem Audi A2 ein Markenbruder in Leichtbauweise. Als „Drei-Liter-Auto“ mit 1,2 Liter Turbodiesel wiegt er insgesamt nur 825 Kilo.


2006 bestehen im Audi TT der zweiten Generation die Aufbaustruktur, der Vorderwagen und der Mittelboden aus Aluminium. Der Vorgänger hatte noch eine Ganzstahlkarosserie.


2007 überträgt Audi das Leichtbaukonzept erstmals auf einen Hochleistungssportwagen. Nur 206 Kilogramm bringt die Karosserie des Audi R8 Coupé auf die Waage.


2015 zeigt der Audi Q7, wie sich die Leichtbauweise in einem SUV umsetzen lässt. Aluminium hat einen Anteil von 41 Prozent an der Karosseriestruktur. So sind etwa die Türen, die vorderen Kotflügel, die Motorhaube und die Heckklappe aus Alu.

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