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Ralph Bartos

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Statements

„Wir haben als Automobilindustrie ein strategisches Interesse daran, dass die Grundstoffindustrien im Lande bleiben. Denn über die Hälfte des Gewichts eines Autos steuert der Stahl bei.“

Matthias Wissmann,
Präsident des Verbands des Automobilindustrie e.V.

"Currently, Advanced High-Strength Steels are the fastest growing materials used in automotive manu­facturing."

Cees ten Broek,
Director of WorldAutoSteel

Interview: The Future Of Steel In The Automotive Industry (AZom.com)

Hintergrundmaterial

Medieninformation: Mit dem Strom fahren

Medieninformation: Warmumgeformte Stähle

Medieninformation: Gewichtsspirale umgekehrt

Medieninformation: Leicht ist nicht genug

Medieninformation: Nur die ganzheitliche Betrachtung zählt

Links

Mobilität

Stahl für nachhaltige Mobilität

Fahrzeuge sollen leicht, sicher, umweltverträglich und vor allem bezahlbar sein. Die Entwicklung immer festerer und trotzdem gut zu verarbeitender Stähle mit einem hervorragenden Kosten-/Nutzenverhältnis macht dies möglich.

Mobilität zu Wasser, zu Lande oder in der Luft wäre ohne Stahl nicht möglich.

Egal ob Zweirad, Auto, Nutz- oder Schienenfahrzeug, ob diesel-, benzin-, elektrisch- oder auch muskelbetrieben – ohne Stahl wäre keine Mobilität möglich. Kein Rad würde sich ohne stählerne Wälzlager, kein Verbrennungsmotor ohne Ventilfedern und Nockenwelle aus Stahl, kein elektrischer Antrieb ohne Elektrobleche aus diesem Werkstoff drehen. Weder könnten Flugzeuge ohne ihn starten und landen noch Schiffe den Hafen verlassen. Für unsere Mobilität ist Stahl der wichtigste Werkstoff.

Besonders eindrucksvoll zeigt sich dies am Beispiel Auto: Durchschnittlich rund 60% eines Pkw bestehen trotz des zunehmenden Trends zu Mischbauweisen aus Stahl. Sein einzigartiges Eigenschaftsprofil macht ihn zum Werkstoff der Wahl für Karosserie, Antrieb, Fahrwerk und Lenkung. Kein anderes Material weist in der Summe vergleichbare Eigenschaften wie eine hervorragende mechanische und thermische Belastbarkeit, eine außerordentliche Kombination aus Umformbarkeit, Fügbarkeit und Lackierbarkeit, optimale Recyclingfähigkeit und eine im Hinblick auf die automobile Großserienfertigung hohe Gesamtwirtschaftlichkeit auf.

Stahl für das Auto der Zukunft

In Kombination mit neuen Fertigungsverfahren tragen insbesondere hoch- und höchstfeste Stähle dazu bei, die kontinuierlich steigenden Anforderungen zu erfüllen, die an neue Fahrzeugmodelle gestellt werden. Auf der einen Seite werden bessere Fahrleistungen, höherer Komfort und ein Plus an Sicherheit erwartet. Auf der anderen Seite steht die Forderung nach mehr Umweltverträglichkeit – also reduziertem Kraftstoffverbrauch bzw. höherer Reichweite bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen, sinkenden Emissionswerten und verbesserter Recyclingfähigkeit.

Neben der Optimierung von Antrieb und Fahrwiderständen ermöglichen es Gewichtseinsparungen, den Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen von Fahrzeugen zu senken. Für sich allein betrachtet, ist Leichtbau nicht immer die kostengünstige Alternative – er erschließt jedoch zusätzlich sekundäre CO2-Reduzierungspotentiale: Durch eine leichtere Karosserie beispielsweise können weitere Baugruppen wie Motor, Getriebe oder Tanksystem angepasst werden, was sich ebenfalls verbrauchsmindernd auswirkt.

Leicht ist nicht genug

Deshalb wird häufig der Ansatz diskutiert, möglichst viele Komponenten eines Fahrzeugs aus spezifisch leichteren Materialien wie Aluminium oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) zu fertigen. In der Praxis hat sich aber herausgestellt, dass sich der Gewichtsvorteil dieser so genannten Leichtbauwerkstoffe nicht vollständig auf das konkrete Bauteil übertragen lässt. Die mechanischen Eigenschaften vieler Leichtbaumaterialien erfordern neben einer modifizierten Bauweise meist auch eine Vergrößerung der Querschnitte. Das verringert den angestrebten Gewichtsvorteil oder hebt ihn bei einzelnen Bauteilen sogar auf.

Nur die ganzheitliche Betrachtung zählt

Ganzheitliche Betrachtung LCA Automobil

In der ganzheitlichen Betrachtung weist ein Auto aus Stahl eine äußerst positive Ökobilanz auf.

In der Nutzungsphase eines Fahrzeugs wirken sich leichte Materialien durch Gewichtseinsparungen positiv auf die Emissionen aus. Ob sich der Einsatz eines leichten Werkstoffs aber ökologisch wirklich rechnet, zeigt erst eine ganzheitliche Betrachtung, bei der auch die Werkstofferzeugung, die Fahrzeug- bzw. Bauteilherstellung sowie das spätere Recycling berücksichtigt werden. Gerade hier punktet der Werkstoff Stahl. Die CO2-Emissionen, die bei der Primärerzeugung einer Tonne Stahl entstehen, sind deutlich geringer als bei Aluminium oder CFK. Das Recycling von Stahl ist beliebig oft und ohne Qualitätsverlust möglich.

Die ganzheitliche ökologische Bewertung unter Berücksichtigung aller Lebenszyklusphasen ist bei zukünftigen Elektrofahrzeugen noch wichtiger als bei Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb, da sie lokal emissionsfrei fahren, d. h. während des Betriebs im engeren Sinn keine CO2-Emissionen auftreten. Diese werden vollständig in die Phasen Materialerzeugung, Bauteil- bzw. Fahrzeugherstellung, Bereitstellung der Antriebsenergie sowie in das Recycling verlagert.

Die Kosten im Blick halten

Neben den ökobilanziellen Aspekten spielt bei der Entscheidung für die Verwendung eines Werkstoffs in Großserie aber dessen wirtschaftlicher Einsatz unverändert eine zentrale Rolle. Vor allem bei der Karosserie als größter zusammenhängender Baugruppe des Fahrzeugs setzen die Großserienhersteller daher nach wie vor auf den Werkstoff Stahl. So kommen beispielsweise nach Aussagen von VW „extrem teure Materialien wie Aluminium, Magnesium oder gar Karbonfaser-Werkstoffe“ nicht in Betracht, wenn das Fahrzeug wie der Golf für Millionen Menschen erschwinglich bleiben soll. Trotzdem haben es die VW-Ingenieure vor allem durch den intensiven Einsatz hoch- und höchstfester Stähle sowie innovativen Fertigungsverfahren geschafft, das Rohkarosseriegewicht des aktuellen Golfs trotz weiter gestiegener Crash- und Steifigkeitsanforderungen bei größeren Abmessungen im Vergleich zum Vorgängermodell um 23 Kilogramm zu reduzieren.

Golf VII: Sicherheitsstruktur aus Stahl. (Quelle: Volkswagen Media Services)

Golf VII: Sicherheitsstruktur aus Stahl.
(Quelle: Volkswagen Media Services)

Während der Anteil hoch- und höchstfester Sorten in der Karosserie bereits im Vorgängermodell rund zwei Drittel aller verwendeten Stähle ausmachte, ist er im neuen Golf auf 80 % gestiegen – nicht nur für die Kompaktklasse ein Spitzenwert. In großem Umfang werden hierbei warmumgeformte Bauteile aus Mangan-Bor-Stählen verwendet, die höchste Crashsicherheit bei geringem Gewicht bieten. Deren Anteil ist von noch 6 % im Golf VI auf jetzt 28 Prozent gewachsen. Nahezu sämtliche sicherheitsrelevanten Strukturbauteile, die das Rückgrat des Fahrzeugs bilden, bestehen hieraus.

Stahl für alle Baugruppen

Doch nicht nur in der Karosserie, auch bei den massivumgeformten Komponenten in Fahrwerk und Antriebsstrang, die etwa 45 % des Gesamtgewichts des Fahrzeugs ausmachen, spielt Leichtbau eine immer größere Rolle. Studien der Initiative Massiver Leichtbau zeigen, dass das Gewicht der geschmiedeten Komponenten in einem Mittelklassefahrzeug, z.B. von Achsschenkeln, Radträgern, Kurbelwelle, oder Pleuel, durch Fertigungs- und Konzeptleichtbau um ca. 42 kg reduziert werden kann. Der ebenfalls relevante Stoffleichtbau, z.B. durch den Einsatz hochfester bainitischer Stähle, ist dabei erst zu einem geringen Teil eingerechnet. Derzeit wird untersucht, wie sich höherfeste Stahlwerkstoffe auf die Auslegung der geschmiedeten Komponenten auswirken. Weitere Gewichtseinsparungen aufgrund von neuen Werkstoffentwicklungen sind zu erwarten.

Links Aluminiumkolben, rechts der neue Stahl­kolben von Mercedes-
Benz. (Quelle: Daimler Communications)

Als Kolbenwerkstoffe in Pkw-Dieselmotoren leisten moderne, mechanisch und thermisch hochbelastbare Stähle schon jetzt einen Beitrag zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen. Innovative Stahlkolben, wie sie Mercedes-Benz als erster Hersteller im V6-Dieselmotor des E 350 BlueTEC einsetzt, ermöglichen einen höheren Wirkungsgrad des Motors, da sie gegenüber den bislang verwendeten Aluminiumkolben das thermodynamische Verhalten optimieren und gleichzeitig die Reibung deutlich reduzieren. Ein weiterer Vorteil ist die kompaktere Bauweise der Stahlkolben, die auch die höhere Werkstoffdichte kompensiert.

Und das Entwicklungspotenzial von Stahl ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Neue Legierungs- oder Wärmebehandlungskonzepte ermöglichen weiter zunehmende Festigkeiten bei verbesserten Umformeigenschaften. In Kombination mit neuen Fertigungstechnologien wie dem Flexiblen Walzprofilieren ermöglicht dies einen effizienteren Materialeinsatz und vielfach zudem die Reduktion von Prozessschritten. Deshalb ist davon auszugehen, dass auch in Zukunft leichte, sichere und ökologische Fahrzeuge kostengünstig mit dem Werkstoff Stahl gebaut werden.