Stahl im Autobau – Die Zukunft ist ultrahochfest
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Bei einer Karosserie muss Stahl höchst unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Bilder

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BMW hat für seine Elektrofahrzeuge der i-Baureihe Pionierarbeit auf dem Gebiet der Kohlefaserverarbeitung im Karosseriebau geleistet. Bilder

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Doch bei den Mobilen, die die Massenmotorisierung gewährleisten, bleibt der Stahl alleine aus Kostengründen ohne Alternative. Bilder

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Bei Limousinen der Oberklasse oder bei Sportwagen steht bei den Entwicklern traditionell Leichtmetall auf dem Diätplan. Bilder

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Leichtmetall und Verbundmaterialien revolutionieren den Karosseriebau bei Automobilen. Die Werkstoffe versprechen alleine wegen ihres geringen Gewichts im wahrsten Sinn des Wortes spürbare Erleichterungen für die Fahrzeuge. Hohe Kosten und aufwendige Verarbeitung verhindern jedoch den Einsatz in der Massenproduktion. Mit 90 Prozent Marktanteil dominiert noch immer der Stahl die Materialschlacht der Karosseriebauer. Sogenannte „hochfeste“, „höchstfeste“ oder gar „ultrahochfeste“ Stahlsorten bieten ein so großes Potential fürs Abspecken der  Karosserieaufbauten, dass der Werkstoff Stahl den Autobau noch lange prägen wird.

Die gesetzliche Verpflichtung der Autoindustrie, den Ausstoß des Klimagases Kohlendioxid (CO2) stetig weiter zu senken, bis auf 95 Gramm pro Kilometer im Jahr 2022, zwingt die verantwortlichen Ingenieure alle Register zu ziehen. Als Königsweg mit dem Ziel der Verbrauchs- und damit Emissionssenkung gilt unter Fahrzeugentwicklern die Gewichtsreduktion. Als Faustregel gilt: 100 Kilo Gewichtsreduktion sorgen für eine Verbrauchssenkung von rund einem halben Liter Kraftstoff pro 100 Kilometer. Bei einem Auto mit Ottomotor bedeutet das rund zwölf Gramm CO2 pro Kilometer weniger, bei einem Diesel sind es gut 13 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer, die der Umwelt erspart bleiben.[foto id=“511326″ size=“small“ position=“right“]

Bei Limousinen der Oberklasse oder bei Sportwagen, wo das Publikum weniger preissensibel auf die Angebote reagiert, steht bei den Entwicklern traditionell Leichtmetall auf dem Diätplan. BMW hat für seine Elektrofahrzeuge der i-Baureihe Pionierarbeit auf dem Gebiet der Kohlefaserverarbeitung im Karosseriebau geleistet, doch bei den Mobilen, die die Massenmotorisierung gewährleisten, bleibt der Stahl alleine aus Kostengründen ohne Alternative.

Der Preis für Stahl ist unverändert heiß. Derzeit notiert eine Tonne Walzstahl an der Warenterminbörse in Chicago bei 684 Dollar pro Tonne. Das entspricht rund 494 Euro. Die Hersteller liefern dieses Rohmaterial zu Blechen unterschiedlicher Dicke gewalzt, aufgerollt als sogenannte „Coils“ an. Je nach Einsatz betragen die Stärken zwischen 0,6 und drei Millimeter.

Doch längst ist Stahl nicht gleich Stahl. Um den vielfältigen Anforderungen an eine Karosserie gerecht zu werden, kommen hunderte unterschiedliche Stahlsorten zum Einsatz. Im sogenannten „Register europäischer Stähle“ sind aktuell über 2.300 verschiedene Sorten gelistet. In der Summe seiner mechanischen Eigenschaften, wegen der guten Formbarkeit und wegen der großindustriellen Verarbeitungsmöglichkeiten, die Stahl neben seinem günstigen Preis auszeichnen, wird das Metall auf absehbare Zeit das vorherrschende Material im Karosseriebau bleiben.[foto id=“511327″ size=“small“ position=“left“]

Bei einer Karosserie muss Stahl höchst unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Für die Fahrgastzelle ist beispielsweise höchste Festigkeit erforderlich. Der sogenannte „Überlebensraum“ für die Passagiere muss so stabil sein, dass bei den verschiedenen Aufprallarten, die die strengen weltweiten Crashnormen definieren, keine Verformung auftritt, die diesen Überlebensraum einschränken könnte. Dagegen muss das Material in den definierten Verformungszonen in Front und Heck so flexibel sein, dass es die Energie beim Aufprall kompensieren kann. Egal, wie unterschiedlich die Anforderung an den jeweiligen Bereich definiert ist, aus Gewichtsgründen muss der eingesetzte Stahl so dünn wie möglich verarbeitet sein.

Die unterschiedlichen Eigenschaften der Stahlbleche entstehen durch variable Anteile an Kohlenstoff (zwischen 0,01 und 2,06 Prozent) oder durch sogenannte „Microlegierungen“. Diese Microlegierungen definieren die Eigenschaften der Kategorien „hochfest“, „höchstfest“ oder „ultrahochfest“ bei Stahl. Durch geringe Beimengungen von Niob, Titan oder Vanadium, lässt sich die Zug- und Druckfestigkeit von Stahl um bis zum Vierfachen bei ultrahochfestem Stahl steigern. Das heißt, ein Bauteil aus einem ultrahochfesten Stahl mit der Stärke von einem Millimeter, verfügt über die gleiche Festigkeit gegenüber Zug und Druck wie das gleiche Teil aus vier Millimeter dickem konventionellen Stahl.

Stahl als vorherrschendes Material bei Karosserien hat sich im Autobau erst ab den Zwanzigern des letzten Jahrhunderts durchgesetzt. Für den Durchbruch sorgte unter anderem die Einführung der selbsttragenden Karosserie, die wachsende Nachfrage nach Großserienfahrzeugen und die Entwicklung geeigneter Pressen, die die Stahlteile mit Drücken in Form bringen konnten, die teilweise mehrere tausend Tonnen betragen. Außerdem lässt sich Stahl gut recyclen, wenn das Auto den Gang alles Irdischen in Richtung Schrottpresse angetreten hat.[foto id=“511328″ size=“small“ position=“right“]

Auch den gravierendsten Nachteil des Stahls, seine Korrosionsempfindlichkeit, können Hersteller heute kompensieren. Beispielsweise durch Verzinken. Rostfreier Stahl, im allgemeinen Sprachgebrauch „Edelstahl“, konnte beim Bau von Fahrzeugkarosserien nie Fuß fassen. Edelstahl ist zwar seit 1908 bekannt und entsteht aktuell in einer Größenordnung von 35 Millionen Tonnen pro Jahr, dank einer Legierung mit mindestens 10,5 Prozent Chrom und einem niedrigen Kohlenstoffanteil von maximal 1,2 Prozent. Doch für eine komplette Karosserie ist das Material einmal zu teuer und erfordert eine wesentlich aufwendigere Bearbeitung als konventioneller Stahl.

Außerdem lässt sich rostfreier Stahl nicht lackieren. Der bislang einzige Versuch, Edelstahl zu einer Karosserie zu verarbeiten, ist in Gestalt des Sportwagens DeLorean DMC-12 grandios gescheitert. 1981 und 1982 entstanden von dem eigenwilligen Zweisitzer gerade 8.583 Exemplare. Hätte der Flügeltürer nicht als Zeitmaschine ab 1985 nicht in den Filmkomödien „Zurück in die Zukunft“ reüssieren können, wäre dem Konzept gar keine Zukunft beschieden gewesen. Ganz im Gegensatz zu den hochfesten Stahlsorten.

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