Challenges of materials technology for low consumption vehicle concepts

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Challenges of materials technology for low consumption vehicle concepts

Friedrich, H.E.

Die Forderungen an die Autoindustrie, Verbrauch und CO2-Emisionen zu reduzieren, sind die größten Anforderungen der nächsten Jahre. Der Verbrauch hängt zu 75 % vom Fahrzeuggewicht ab. Während der Leichtbau bisher auf Materialsubstitution und abmessungsbedingter Leichtbauweise beruhte, gewinnen Konzepte wie Verbundleichtbau und modularer Leichtbau an Bedeutung. Nach der erfolgreichen Entwicklung von Aluminiumrahmen gibt es erste Überlegungen, Magnesiumlegierungen einzusetzen, um Gewichtsreduzierungen um bis zu 20 % gegenüber Aluminium zu erreichen. Im 3-L Lupo von Volkswagen wurden erstmals Kombinationen aus Aluminium und Magnesium (neben Titan und Kunststoffen) in der Karosserie verwendet. Als Kunststoffe kamen kohlenstoffaserverstärkte Polycarbonate zum Einsatz. Hier muß allerdings noch viel Entwicklungsarbeit geleistet werden (Verbesserung der Oberflächenqualität, Kostenreduzierung durch Optimierung von Formgebungsverfahren wie Resin Transfer Moulding oder Sheet Moulding). Wünschenswert wären duroplastische und thermoplastische Materialien sowie angepaßte Preßtechniken und Tiefziehtechniken. Bei der Auswahl neuer Materialien spielt die Unfallsicherheit des Fahrzeugs eine große Rolle. Hier können Strukturschäume die Karosserie steifer machen. Die Materialien im Antriebsstrang müssen einer Kombination zahlreicher Belastungen widerstehen. Daher muß das Konzept des Multi-Material-Einsatzes auch auf den Motor und das Getriebe anwendbar sein. Die Funktion der unterschiedlichen Komponenten macht die Auswahl der Materialien sehr komplex. Die Materialien werden thermomechanisch belastet oder unterliegen Reibung und Abrieb. Mögliche Werkstoffe sind Keramiken, Titanaluminide, Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe, PVD/CVD-Beschichtungen, Plasmaüberzüge, nanotechnologische Überzüge oder Zylinderlaufflächen mit hohem Siliciumgehalt. Auch der nachgefragte Komfort muß bei der Materialwahl berücksichtigt werden. Das betrifft Schwingungen und Isolation. In faserverstärkten Kunststoffen können piezokeramische Elemente als Sensoren zur eingefügt werden, um die akustischen Eigenschaften zu verbessern. Auch Brennstoffzellen erfordern neue Materialien. Diese Übersicht zeigt, daß neben der Gewichtseinsparung durch neue Werkstoffe auch Sicherheit, Komfort und Antrieb neue Konzepte erfordern.