Frankfurt, 29. Juni 2016 - Für eine ressourcenschonende und energieeffiziente Umwelt ist Leichtbau unverzichtbar. Wie in der Luftfahrt, sind zunehmend auch im Automobilbau Leichtbaulösungen gefragt, um die CO2-Emissionen zu reduzieren. Bei Wachstumsraten von 7- 8 Prozent wird 2020 allein in der Transportbranche ein weltweiter Leichtbaumarkt von 140 Milliarden Euro erwartet. Vor diesem Hintergrund hat der VDMA die Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien ins Leben gerufen. Auf dieser Plattform tauschen sich Maschinenbauer mit Vertretern von Anwender- und Zulieferindustrien über Möglichkeiten, Technologien und Werkstoffe im Leichtbau aus. In einer Interview-Reihe lässt der VDMA einige Exponenten des Leichtbaus zu Wort kommen.
Interview mit Lothar Gräbener, Direktor Vertrieb - Division Hydraulik, Blechumformung/Leichtbau bei der Schuler Pressen GmbH und Mitglied im Vorstand der Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien
Wenn heute von Leichtbau im Auto die Rede ist, denken viele sofort an Faserverbundstoffe. Wo bleiben die Metalle?
Lothar Gräbener:Noch vor 10 bis 15 Jahren wurde eine Fahrzeugkarosserie fast ausschließlich aus weichen Tiefziehstählen hergestellt. Die 200 bis 300 Bauteile wurden untereinander verschweißt. In der Stahlindustrie hat sich seither einiges in Richtung Leichtbau getan. Um Gewicht zu sparen, hat die Branche beispielsweise die sogenannten warmumformbaren hochfesten Stähle entwickelt.
Wodurch wird das Gewicht dabei verringert?
Graebener: Die Stahlblech-Platinen werden auf 930 Grad erhitzt und erst dann zum Umformen in eine Presse gegeben. Im Werkzeug lässt man den Stahl auf unter 400 Grad abkühlen. Die hierbei stattfindende Gefüge-Umwandlung lässt das Material aushärten. Die Festigkeitswerte des Stahls erhöhen sich bei diesem Prozess um mehr als das Doppelte. Somit kann ein Bauteil auch in der Blechdicke entsprechend reduziert werden, und das Gesamtgewicht der Karosse wird deutlich gesenkt.
Ist heute schon absehbar, welche Leichtbau-Verfahren sich durchsetzen werden?
Gräbener: Aktuell werden verschiedene Leichtbaumaterialien eingesetzt. Im modernen Fahrzeugbau sind Kunststoffe, Composites-Werkstoffe und metallische Werkstoffe wie warm- und kaltumformbare, hochfeste Stähle, Aluminium und Magnesium im Einsatz. In den vergangenen 10 Jahren hat besonders die Warmumformung hochfester Stähle im Automobilbau Auftrieb erhalten.
Neue Fahrzeugmodelle enthalten heute bis zu 40 Prozent formgehärtete Strukturbauteile. Dieses Verfahren hat sich sehr schnell durchgesetzt, weil die Material- und Herstellkosten nicht höher sind als in der klassischen Kaltumformung. So konnte das Verhältnis von Karosseriegewicht zur statischen Torsionssteifigkeit deutlich gesteigert werden. Dieser „Light Weight Index“ konnte zum Beispiel vom Golf III zum Golf V um mehr als 50 Prozent durch den Einsatz hochfester Stähle verbessert werden.
In der Oberklasse und im Sportwagenbau finden wir zunehmend Multi-Material- Fahrzeuge. Hier werden verschiedenste Leichtbaumaterialien miteinander kombiniert, unter Berücksichtigung der besonderen Anforderung an die Karosserie. Hier ist der richtige Materialmix aus Kunstoffen, Faserverbundwerkstoffen und Metallen gefragt. Je nach Anforderung an das Design der Karosserie kommen diese Werkstoffe in unterschiedlichen Bereichen des Fahrzeuges zum Einsatz. Da in allen Bereichen und an allen Werkstoffen intensiv weiterentwickelt wird, ist es schwierig, einen Favoriten auszumachen. In den Großserien wird sich langfristig der Werkstoff durchsetzen, der den besten „Light Weight Index“ bei niedrigen Material- und Prozesskosten ermöglicht. Es gibt seit Jahren einen Wettlauf der Werkstoffe im Karosseriebau.
Welches Marktpotenzial sehen Sie für Leichtbau-Technologien?
Gräbener: Besonderes Potenzial ist im Fahrzeug- und Flugzeugbau zu sehen. Wegen der erforderlichen hohen Stückzahlen im Fahrzeugbau sowohl bei Pkw als auch Lkw ist ein hohes Potenzial für den Maschinenbau gegeben, entsprechend effektive Produktionsanlagen zu entwickeln. Schuler ist als führender Anbieter von Anlagen für die Blech- und Massivumformung sehr stark an den Entwicklungen von Umformprozessen für die neuen Leichtbauwerkstoffe beteiligt. Wir investieren und entwickeln neue Verfahren und Prozesse in unseren eigenen TechCentern, aber auch gemeinsam mit Instituten und Hochschulen.
2016 werden wir beispielsweise an unserem Standort Göppingen ein Hot Stamping TechCenter eröffnen. Dort wird eine vollständige Produktionsanlage nach neuestem Stand der Technik installiert, mit deren Hilfe der Formhärteprozess weiterentwickelt werden soll. Auch unsere Kunden werden auf dieser Anlage Versuche, Prototyping und Ausweichfertigung fahren können.
Wo steht Deutschland in Sachen Leichtbau im internationalen Vergleich?
Gräbener: Deutschland und anderen europäischen Ländern fallen hier sicher Vorreiterrollen zu. Sowohl im Fahrzeug- wie im Flugzeugbau werden große Anstrengungen unternommen, den Leichtbau weiter zu entwickeln. Aber auch in den USA sind vermehrte Aktivitäten festzustellen. In Asien sind China, Japan und Korea ebenfalls aktiv mit der Weiterentwicklung beschäftigt.
Inwieweit ist die Entwicklung neuer Wege im Leichtbau abhängig vom Streben nach Nachhaltigkeit?
Gräbener: Treibende Kraft hinter allen Entwicklungsaktivitäten ist die Notwendigkeit, die Emissionswerte der Fahrzeuge weltweit zu reduzieren. Fahrzeughersteller betrachten heute aber nicht mehr ausschließlich den Flottenverbrauch. Auch die Energieaufwendungen zur Herstellung der Fahrzeuge werden hinterfragt. Hier sind wir als Maschinenbauer aufgefordert, unsere Anlagen zu optimieren. Schuler hat bereits neu entwickelte Antriebssysteme im Einsatz, welche den Energieverbrauch der Pressen massiv reduziert haben.
Schuler führt ein Forschungsprojekt an, das die Produktionskosten von CFK-Bauteilen senken soll. Wo setzen Sie da an? Gibt es schon erste Erfahrungen?
Gräbener: Schuler ist Koordinator für das Forschungsprojekt iComposite 4.0. In diesem Verbundprojekt im Aachener Zentrum für integrierten Leichtbau (AZL) der RWTH Aachen sollen Kosteneinsparungen und Produktivitätssteigerungen im Bereich der Herstellung von CFK-Bauteilen für die Großserie erzielt werden. Hierbei werden endkonturnahe, additive Fertigungsverfahren kombiniert mit einem industriell etablierten Harzinjektions-Verfahren. Ein vernetztes Produktionssystem mit regelnder Systemintelligenz wird eingesetzt, bei der Materialkarten und Simulationsmodelle hinterlegt sind. Ziel ist es, einen Schritt von der geometriegetriebenen hin zur produktfunktionsgetriebenen Fertigung zu machen. Schuler nimmt aktuell eine neue Multifunktions-Composite- Presse am Institut in Betrieb. Erste Ergebnisse des Projektes werden 2017 erwartet.
Was sind die größten Herausforderungen im hybriden Leichtbau?
Gräbener: Beim Einsatz neuer Materialien und additiver Fertigungsverfahren stellen geeignete Verbindungstechniken noch eine große Herausforderung dar. Auch müssen die Fertigungskosten weiter verringert werden, um in einer industriellen Großserie bestehen zu können. Hier liegt aber auch das große Potenzial für den Maschinen- und Anlagenbau. Ganzheitliche Prozessbetrachtungen und Konzepte für komplette Fertigungssysteme, also der Schritt vom Maschinenbauer zum Systemanbieter, das sind die großen Herausforderungen für die Unternehmen des deutschen Maschinenbaus in den nächsten Jahren.
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Am 22.01.2016 wurde das Forum Composite Technology im VDMA in die Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien überführt. Das Tätigkeitsfeld erweitert sich damit durch den metallischen zum hybriden Leichtbau. Neben den 180 VDMA-Mitgliedsunternehmen steht jetzt auch Anwendern, Zulieferern und Forschung die Mitwirkung in der AG offen. Gemeinsames Ziel ist es, Produktionsverfahren, Automatisierung und Fügetechnologien werkstoffübergreifend und europaweit weiterzuentwickeln und damit zukunftsweisende Arbeitsplätze zu schaffen.
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