11.09.2009
Audi – die führende Marke im Leichtbau
Auf dem Gebiet Leichtbau führt Audi den weltweiten Wettbewerb an. Seit 15 Jahren produziert die Marke mit den vier Ringen Autos mit Aluminiumkarosserien in der Audi Space Frame-Bauweise ASF. Viele Patente und Auszeichnungen dokumentieren die Innovationskraft bei dieser Technologie.
Der Leichtbau ist eine der ganz großen Stärken von Audi, und er ist typisch für die Marke, denn er bringt Dynamik und Effizienz zusammen. Die Ingenieure arbeiten mit vielen neuen Ideen daran, die Autos noch leichter und damit noch effizienter zu machen. Denn für Audi ist der Leichtbau eine elementare Technologie für die nachhaltige Mobilität der Zukunft.
Aluminium war schon in den Pioniertagen des Automobils ein attraktiver Werkstoff für Karosserien, wobei wichtige Anregungen aus dem Flugzeugbau einflossen. Bereits 1913 fertigte NSU mit dem Typ 8/24 ein Modell, dessen Karosserie komplett aus Aluminium bestand. Zehn Jahre später trug der Audi Typ K eine experimentelle Stromlinien-Haut aus diesem Material. In den 30er Jahren fertigten Spezialisten in der Rennabteilung der Auto Union Aluminiumbleche in Handarbeit, aus ihnen bauten sie die Karosserien und Stromlinienverkleidungen für ihre spektakulären Renn- und Weltrekordwagen.
825 Kilogramm: Der Auto Union Typ C von 1936
Gemäß dem Grand Prix-Reglement der Jahre 1934 bis 1937 durften die Autos nicht mehr als 750 Kilogramm wiegen, ohne Betriebsstoffe, Räder und Reifen. Der radikale Leichtbau, der daraus folgte, trieb die Performance in atemberaubende Höhen. Der Auto Union Typ C von 1936, der rennfertig etwa 825 Kilogramm auf die Waage brachte, hatte einen V16-Kompressormotor mit gut 380 kW (520 PS) vor der Hinterachse. Jedes PS hatte nur 1,6 Kilogramm zu bewegen, kaum mehr als bei einem Le Mans-Sportprototypen von heute.
Bei Audi rückte das Thema Leichtbau 1982 in den Rang eines strategischen Projekts auf – damals etablierte das Unternehmen ein Joint-Venture mit einem Aluminiumhersteller aus den USA. Die Aufgabenstellung bedeutete nicht mehr und nicht weniger, als die selbsttragende Karosserie noch einmal neu zu erfinden – mit einem Werkstoff, der etwa zwei Drittel leichter ist als konventioneller Stahl und mit einer neuen, auf ihn zugeschnittenen Geometrie, der Audi Space-Frame-Bauweise.
Die Entwicklungsarbeit war ein gesamthaft angelegtes Projekt. In einem Prozess, der über 40 Patente und Patentanmeldungen hervorbrachte, entstand breit gelagertes Know-how in allen Bereichen – bei den Legierungen, beim Gießen, beim Umformen und beim Verbinden der Teile. 1985 präsentierte die Marke auf der Hannover-Messe die Karosserie eines Audi 100 aus Aluminium, noch in konventioneller Schalenbauweise. Auch die legendären Sportwagenstudien aus dem Herbst 1991, der Audi Avus quattro und der Audi quattro Spyder, hatten Häute aus dem leichten Metall, unter denen allerdings noch tragende Rahmen steckten.
1993: Die Technik-Studie ASF
1993 war die neue Technik serienreif: Auf der IAA in Frankfurt/Main stand ein silbern glänzendes Showcar mit einer unlackierten Karosserie aus poliertem Aluminium. Der Vorläufer des A8 trug die Bezeichnung ASF, abgekürzt für Audi Space Frame.
Das Serienmodell, das im Jahr darauf folgte, war ein Meilenstein in der Historie des Automobils – als weltweit erstes Großserienfahrzeug mit selbsttragender Aluminiumkarosserie. Der A8 ebnete Audi den Weg in die Premiumliga, und er lieferte die Initialzündung für neue Entwicklungen auch beim traditionellen Werkstoff Stahl.
Das Prinzip, das den ersten A8 auszeichnete, gilt noch heute: Druckgussteile und Strangpressprofile bilden ein fachwerkartiges Gerippe, das die Aluminiumbleche mittragend einbindet. Mit ihren unterschiedlichen Querschnitten und Formen vereinen die Komponenten optimale Funktion mit geringem Gewicht.
Gegenüber Stahl ist eine ASF-Karosserie mindestens 40 Prozent leichter. Die Karosserie des ersten A8 wog nur 249 Kilogramm; beim kompakten A2 (ab 1999) waren es lediglich 156 Kilogramm. Der Aufbau des A2 1.2 TDI, des ersten viertürigen Drei-Liter-Autos der Welt, brachte gar nur 135 Kilogramm auf die Waage – eine entscheidende Basis für den sensationellen Verbrauch von 2,99 Liter pro 100 km im Mittel.
A8, R8, TT und TT Roadster: Der Stand der Technik
Die Modelle von heute – die zweite Generation des A8 sowie die Sportwagen R8, TT Coupé und TT Roadster – dokumentieren den aktuellen Stand der ASF-Technologie. Der Aufbau des aktuellen A8 wiegt 218 Kilogramm. Die Aluminium-Karosserie des R8, deren mittragender Motorrahmen aus ultraleichtem Magnesium besteht, bringt 210 Kilogramm auf die Waage. Mit dem V10-Motor, der 386 kW (525 PS) leistet, wiegt das ganze Auto nur 1.620 Kilogramm. Sein Leistungsgewicht beträgt 3,1 Kilogramm pro PS – der Wert eines austrainierten Hochleistungssportlers, der kein Gramm zuviel am Leib hat.
Die Karosserie des TT Coupé bringt 206 Kilogramm auf die Waage, beim TT Roadster sind es 251 Kilogramm. Die TT-Familie präsentiert eine weitere Innovation. Um die Achslasten zwischen Front und Heck ideal auszutarieren, hat Audi bei seinen kompakten Sportwagen eine innovative Mischbauweise entwickelt: Die Karosserie besteht zum überwiegenden Teil aus Aluminium, im hinteren Bereich kommt Stahl zum Einsatz.
Gegenüber dem Vorgängermodell, das noch eine reine Stahlblechkarosserie hatte, ist das Leergewicht des TT, je nach Version, um 20 bis 90 Kilogramm gesunken. Zugleich wuchs die statische Torsionssteifigkeit des Coupés um 50 Prozent, beim Roadster sogar um 100 Prozent. Der ASF legt die Basis für das präzise Handling, die Fahrdynamik und die hohe passive Sicherheit – ein leichteres Auto muss weniger kinetische Energie abbauen und schont den Unfallgegner.
Typisch Audi vereint der Leichtbau Sportlichkeit und Effizienz. Der TT 2.0 TDI quattro – ein Sportwagen mit 125 kW (170 PS), 350 Nm Drehmoment und Allradantrieb – begnügt sich im Mittel mit 5,3 Liter pro 100 km, seine CO2-Emission liegt bei nur 139 Gramm pro Kilometer. Auch seine dynamischen Fahrleistungen – die Beschleunigung in 7,5 Sekunden von null auf 100 km/h und die Höchstgeschwindigkeit von 226 km/h – sind ein Resultat des intelligent eingesetzten Leichtbaus. Der Leichtbau von Audi als gesamthafter Ansatz löst den einstigen Zielkonflikt zwischen Fahrspaß und Effizienz auf.
ASF: Die Umkehr der Gewichtsspirale
Die Umkehr der Gewichtsspirale, die Audi mit dem ASF-Prinzip eingeleitet hat, bringt große Sekundäreffekte. Eine leichtere Karosserie ist Ausgangspunkt für Gewichtsreduktion an anderen Stellen des Autos, etwa beim Fahrwerk oder beim Tank. 100 Kilogramm weniger bedeuten 0,3 bis 0,5 Liter weniger Verbrauch pro 100 Kilometer, das entspricht einer Reduzierung von 8 bis 11 Gramm CO2/km.
Ein niedriges Karosseriegewicht harmoniert schon heute ideal mit dem Audi-Prinzip des Downsizings, bei dem Hubraum durch Aufladung ersetzt wird – die hocheffizienten Motoren leisten einen weiteren großen Beitrag zur Senkung des Verbrauchs. Für die elektrischen Antriebe der Zukunft mit ihren schweren Batterien sind leichte Karosserien sogar eine unerlässliche Voraussetzung – nur mit ihnen lassen sich jene Fahrleistungen und Reichweiten erzielen, die die Kunden erwarten.
Bis heute hat Audi über 550.000 Fahrzeuge mit Aluminiumkarosserie produziert, dazu kommen etwa 9.000 Lamborghini – kein anderer Hersteller weltweit kann bei Stückzahl und Vielfalt auch nur annähernd mithalten. Die ASF-Technologie ist eine beispiellose Erfolgsgeschichte. Zug um Zug hat die Marke ihren Vorsprung ausgebaut, bei den Legierungen, bei der Reduktion der Teilezahl und bei der Effizienz in der Produktion. Der Automatisierungsgrad ist durch die Vielzahl der Innovationen in der Entwicklung und in der Produktion von 25 auf über 80 Prozent gestiegen, fast auf das Niveau des Stahl-Karosseriebaus.
In der Fertigung ersetzen von Audi
entwickelte Fügeverfahren das traditionelle Punktschweißen, etwa das Stanznieten, das Kleben oder das Laser-MIG-Hybridschweißen. Beim TT und beim R8 verbinden sogenannte selbstfurchende Schrauben viele Komponenten miteinander; eine weitere innovative Lösung ist die Nullfuge beim Dach des TT, die durch Laserschweißen entsteht.
Das perfekte Zusammenspiel in der gesamten Prozesskette – von der Entwicklung und Planung, dem Anlagen-, Vorrichtungs- und Werkzeugbau über das Presswerk, den Karosseriebau und die Lackiererei bis zur Montage – führt zu höchster Präzision. Die Ideen der Designer werden auf zehntel Millimeter genau umgesetzt, nach den strengen Qualitätsmaßstäben von Audi.
Das Aluminium- und Leichtbau-Zentrum in Neckarsulm
1994 gründete Audi am Standort Neckarsulm ein spezielles Aluminium-Zentrum für Entwicklung, Produktionsplanung und Qualitätssicherung; 2003 wurde es in Aluminium- und Leichtbauzentrum (ALZ) umbenannt. Hochfeste Stähle, maßgeschnei derte Blechplatinen (tailored blanks), faserverstärkte Kunststoffe und Magnesium spielen hier eine immer größere Rolle. Der Leiter des ALZ, Heinrich Timm, sagt dazu: „Aluminium bleibt der zentrale Werkstoff, aber wir untersuchen die anderen Materialien mit Nachdruck. Dabei denken wir vor allem an Faserverbundwerkstoffe.“
Die Erkenntnisse aus der Innovationsschmiede ALZ, in der über 150 Mitarbeiter tätig sind, waren bis heute bereits Grundlage für eine dreistellige Zahl an Patenten in Entwicklung und Produktion – eine stolze Erfolgsbilanz. Das Europäische Patentamt hat die Leistungen von Audi in der ASF-Technologie mit der Auszeichnung „European Inventor of the Year 2008†gewürdigt.
Hohe Auszeichnung: Der EuroCarBody AWARD
2006 hat Audi für die TT-Hybridbauweise eine weitere bedeutende Trophäe, den Euro Car Body Award erhalten, verliehen vom renommierten Automotive Circle International. Bereits 2003 hatte die Marke diesen wichtigsten europäischen Innovationspreis für Karosseriebau errungen, damals mit dem A8.
2008 folgte eine dritte Auszeichnung mit dem Q5 – auch bei den Stahlblechkarosserien genießt der Leichtbau höchste Priorität. Der Mittelklasse-SUV hat mit 355 Kilo gramm die leichteste Karosserie in seinem Wettbewerbsumfeld. In seinem Aufbau bilden formgehärtete, höchstfeste Stähle das starke Rückgrat. Sie erhalten ihre extrem hohe Festigkeit, indem sie in Durchlauföfen auf über 920 Grad erhitzt und anschließend in gekühlten Presswerkzeugen auf zirka 180 Grad abgekühlt werden.
Leichtbau im Gesamtfahrzeug
In den Bereichen Antrieb und Fahrwerk setzt Audi ebenfalls konsequent auf Leichtbau. Bei vielen Motoren reduzieren Aluminium und Vermikulargraphitguss, der in einem Hightech-Verfahren entsteht, das Gewicht der Kurbelgehäuse. Bei zahlreichen Modellen überwiegen im Fahrwerk die Aluminiumteile, die Hochleistungs-Modelle haben auf Wunsch Bremsscheiben aus Kohlefaser-Keramik an Bord. Weitere Leichtbau-Highlights sind Bremssättel, Front- und Heckklappen, Seitenteile oder Verdeckkomponenten aus Aluminium und Lenkradkränze sowie Schalttafelträger aus Magnesium.
In die Entwicklungsarbeit fließen auch die Erfahrungen aus dem Motorsport ein – bei den Le Mans-Sportprototypen und den DTM-Autos sind die Reduzierung und die Verteilung des Gewichts von entscheidender Wichtigkeit. Auf dem Themenfeld Carbon und seiner Kombination mit Metall liefern die Rennwagen der Serienentwicklung wichtige Erkenntnisse.
Die Forschungen an neuen Materialien und Legierungen gehen weiter. Der Fokus liegt auf minimalem Gewicht bei höchster Belastbarkeit sowie auf materialgerechter Konstruktion und Fertigung. Audi wird seine Führungsrolle weiter ausbauen – den Vorsprung durch Technik beim Leichtbau.
Quelle: Audi Pressedienst