Zukünftige Werkstoffe im Automobil

Kurzfassung

Die Automobilbranche durchläuft gegenwärtig einen der größten Paradigmenwechsel seit ihrem Bestehen. Während bei aktuell angebotenen Fahrzeugen noch wenig auf diese Veränderungen hindeutet, stehen in den Entwicklungsabteilungen neue Elektromobilitätsplattformen und das autonome Fahren weit oben auf der Agenda. Ankündigungen vieler Hersteller, sowie Pläne zum Aufbau von Batteriefertigungsstätten, weisen darauf hin, dass der Elektroantrieb zukünftig eine immer größere Rolle für die Antriebstechnologien spielt. Große Batteriemodule mit Massen von mehr als 500 kg sind für batterieelektrische Fahrzeuge erforderlich, um akzeptable Reichweiten zu ermöglichen. Neue Anforderungen, insbesondere bezüglich der Crashsicherheit müssen durch geänderte Fahrzeugstrukturen adressiert werden. Dabei stellt sich die spannende Frage, welche Werkstoffe zukünftig im Automobilbau von Bedeutung sein werden. Die weltweit limitierte Verfügbarkeit wichtiger Werkstoffe, beispielsweise für die Batteriezellfertigung, führt dabei zu Szenarien, bei welchen die Materialwahl nicht nur technologischen Gesichtspunkten folgt, sondern stark durch politische Randbedingungen beeinflusst werden könnte. Auch im Bereich der seltenen Erden, die beispielsweise für die Verbesserung von Legierungseigenschaften relevant sind, erwächst aus globalen Lieferbedingungen ein anhaltender Bedarf für alternative Werkstofflösungen. Im Bereich der Fahrzeugstruktur waren Werkstoffinnovationen schon immer die Basis, um Fahrzeuge leichter und sicherer zu bauen. Entwicklungen, welche das DLR im Rahmen des Projektes Next Generation Car (NGC) durchführt zeigen vielfältige Einsatzmöglichkeiten neuer anforderungs-gerechter Werkstofflösungen. Untersuchungen an schaumgefüllten Trägern aus Magnesium zeigen beispielsweise neue Anwendungsmöglichkeiten als Stoßfängerstruktur, um im Bereich der Fahrzeugfront Gewicht zu reduzieren. Neue Anwendungsmöglichkeiten für bisher im Automobilbau wenig genutzter Sandwichstrukturen, ergeben sich beispielsweise im NGC-Urban Modular Vehicle durch die mit Batteriestrukturen im Fahrzeugboden verbundenen Crashanforderungen. Sandwichstrukturen verfügen über eine gewichtsspezifisch sehr hohe Steifigkeit und tragen bei richtiger Auslegung zur Crashsicherheit von Fahrzeugen bei. Daneben bietet sich auch Potential zur Funktionsintegration. Neue Werkstofflösungen können auch durch neu verfügbare Herstellverfahren interessant werden. So bietet die additive Fertigung nicht nur Möglichkeiten, Strukturen geometrisch zu optimieren, sondern auch bislang schlecht verarbeitbare Hochleistungswerkstoffe gezielter und effektiver einzusetzen. Neben technologischen Gesichtspunkten, die auch zukünftig Einfluss auf die Werkstoffwahl haben werden, spielt zunehmend auch die ganzheitliche Betrachtung der ökologischen Auswirkungen eine wichtige Rolle. Mehr denn je gilt es, Werkstoffe anforderungsgerecht einzusetzen, um damit den bestmöglichen Effekt in Bezug auf Energieeinsatz und Kosten zu erzielen. Dabei können auch bislang für den Fahrzeugbau unbedeutende Werkstoffe, wie beispielsweise Holz zukünftig interessant werden. Der Vortrag spannt einen Bogen von den aktuellen Herausforderungen durch die Elektromobilität zu neuen konkreten Werkstofflösungen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Werkstoffthemen.