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Produkte und Lösungen, 11.09.2002, 02:00

Leichtbaupotentiale im Nutzfahrzeug durch Einsatz von Aluminium - Gewichtsreduzierung bis zu 50 Prozent

Leichtbau ist in der Pkw-Entwicklung heute ein sehr wichtiges Thema. Das ist beispielsweise abzulesen an Fahrzeugen, die ganz oder in wesentlichen Baugruppen aus Aluminium aufgebaut sind. Auch die Statistik über den zunehmenden Anteil der Leichtbauwerkstoffe Aluminium, Magnesium und Kunststoff im PKW zeigt diese Tendenz. Dagegen spielt der Einsatz von Leichtbauwerkstoffen im Nutzfahrzeugbau bisher noch eine untergeordnete Rolle. Das liegt vor allem an der wesentlich höheren und komplexeren Beanspruchung der ein-zelnen Bauteile. Der Einsatz von Aluminium in Nutzfahrzeugen kann ein wesentlich höheres Potential bieten. Neben der Kraftstoffersparnis durch die Gewichtsminderung können noch andere Vorteile aus der Frachtbeförderung zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit beitragen. Dazu gehören die höhere Zuladung und damit die Reduzierung der Einsatzfahrten, die besseren Korrosionseigenschaften des Aluminiums und der höhere Wiederverkaufswert von Aluminiumfahzeugen.

Die ThyssenKrupp Umformtechnik beschäftigt sich seit langem mit dem Einsatz von Aluminium in Nutzfahrzeugen. Um hier hohe Gewichtseinsparungen bei vertretbaren Mehrkosten zu erreichen, ist es notwendig, die Gesamtkonstruktion von Anfang an auf die besonderen Vorteile und Stärken des Werkstoffes Aluminium auszurichten.

Aufbauend auf diesen grundsätzlichen Überlegungen wurde der Einsatz von Aluminium im Nutzfahrzeug am Beispiel eines Großtransporters untersucht. Dabei wurden für einen Großteil der Baugruppen aluminiumgerechte Konstruktionen entwickelt, verschiedene Konzepte miteinander verglichen und die möglichen Gewichtseinsparungen berechnet. Die Gesamtabschätzung der Wirtschaftlichkeitskennzahlen gibt dann Aufschluss über die Chancen für den Einsatz von Aluminium in Nutzfahrzeugen.

Umfangreiche Konzeptuntersuchungen an Laderaum-Schiebetüren für Transporter haben gezeigt, dass für diese Bauteile besonders hohe Leichtbaupotentiale entstehen. Je nach Bauart und technischen Anforderungen können zwischen 30 und 50 % des Gewichtes von vergleichbaren Stahlkonstruktionen eingespart werden. Gerade für Schiebetüren haben diese Gewichtsoptimierungen zusätzliche Effekte dadurch, dass die Betätigung der Tür einfacher wird und auch die Aufhänge- und Schließelemente leichter gestaltet werden können. Für große Stückzahlen stellen Aluminiumausführungen aus Blechteilen die technisch und wirtschaftlich optimale Variante dar. Für kleine Stückzahlen und für Sonderausführungen sind Lösungen mit der Anwendung von Strangpressprofilen und Gussteilen wirtschaftlicher.

Ein wichtiger Aspekt hierbei ist auch die gesamte Fügetechnik, die auf die speziellen Erfordernisse des Werkstoffs Aluminium angepasst sein muss.

Im Bereich der Struktur bietet sich bei Aluminiumkonstruktionen vor allem die Verwendung von Strangpressprofilen an. Diese können in Querschnitt und Wanddicke optimal den örtlichen Beanspruchungen angepasst werden. Außerdem bieten Profile vielfache Möglichkeiten der Funktionsintegration und gestatten eine sehr flexible Bauweise in Bezug auf die Dimensionierung (Radstände, Bauhöhen). So können in das Profil Befestigungssysteme integriert werden, die einfache Lösungen für die Ladungssicherung sowie für den Einbau von Kleiderstangen, Regalen und anderen Logistikelementen ermöglichen. Durch den modularen Aufbau sind unterschiedliche Bauformen z. B. Dachhöhen, variable Radstände und Überhänge, möglich. So kann aufbauend auf Standardelementen ein für den jeweiligen Kunden und Anwendungsfall maßgeschneidertes Fahrzeugkonzept zusammengestellt werden.

Die großen Beplankungsflächen werden schon aus Gründen des Designs auch weiterhin aus Blechteilen gestaltet werden. Neue Möglichkeiten zur weiteren Optimierung des Gewichtes oder der Wirtschaftlichkeit ergeben sich durch den Einsatz von Sandwich-Materialien oder vorlackierten Blechen. Dabei ist es allerdings wichtig, auch für die Außenbeplankung Bauformen und Werkzeugkonzepte zu entwickeln, die eine einfache Anpassung an diese Maßkonzepte ermöglichen. Auch die Zusammenbauverfahren für das Fahrzeug müssen den spezifischen Eigenschaften des Aluminiums und der vorgesehenen Losgröße angepasst werden. Anstelle des für Stahlausführungen üblichen Punktschweißens bieten sich für das Aluminium vor allem Verfahren wie Kleben, Stanz- und Blindnieten sowie Durchsetzfügen an. In Zukunft wird auch das Laserschweißen für den Zusammenbau von Aluminiumkarosserien einen höheren Stellenwert gewinnen. Die bisher erarbeiteten Lösungen zeigen, dass der Einsatz von Aluminium wirtschaftlich sein kann, wenn die Konstruktion die speziellen Eigenschaften dieses Werkstoffes besonders berücksichtigt. Dann können Gewichtsseinsparpotentiale von bis zu 50% bei vertretbaren Mehrkosten erschlossen werden. Insbesondere der sinnvolle Einsatz der Strangpressprofiltechnik und die Wahl geeigneter Zusammenbauverfahren stehen dabei im Vordergrund.

Bild: Prototyp eines Aluminium-Transporters.
<small>Copyright: ThyssenKrupp Automotive</small>

Bild: Die Laderaumschiebetür aus Aluminium ist um 30 bis 50 Prozent leichter als vergleichbare Stahlkonstruktionen.
<small>Copyright: ThyssenKrupp Automotive</small>

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