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ALUMINIUM 2020 13. Weltmesse & Kongress
6. – 8. Oktober 2020
Messe Düsseldorf

Automotive

Megatrend Leichtbau, neue Werkstoff- und Prozessentwicklungen aus und mit Aluminium

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Der Werkstoff Aluminium hat die Automobilbranche verändert und wird sie auch in Zukunft weiter verändern. Er bietet im Vergleich mit anderen Werkstoffen die beste Kosten-Nutzenbalance. Durch eine zukünftig noch intensivere Zusammenarbeit zwi-schen Aluminium-Erzeugern, -Verarbeitern und Automobilherstellern können noch weitere Potenziale für den Einsatz von Aluminium erschlossen werden.


1. Meilensteine

Leichtbau bleibt auch in Zukunft die größte Herausforderung in der Autobranche. Der Leicht-baumarkt mit Bauteilen aus hochfestem Stahl, Aluminium und karbonfaserverstärktem Kunststoff soll bis 2030 auf 300 Milliarden Euro wachsen, das ist mehr als eine Vervierfa-chung im Vergleich zum Jahr 2010. Denn ein 100 Kilogramm leichteres Fahrzeug verbraucht 0,3 bis 0,5 Liter weniger Kraftstoff, was einer CO2-Reduktion von 8 bis 11 Gramm entspricht. Zudem punktet ein gewichtsreduziertes Auto auch bei der Fahrdynamik und beim Komfort. Wichtigstes Leichtbaumaterial im Automotive-Sektor ist der Werkstoff Aluminium, neue Lö-sungen und Anwendungen aus Aluminium-Werkstoffen werden zunehmend nachgefragt.

Der Werkstoff Aluminium hat die Automobilbranche verändert und wird sie auch in Zukunft weiter verändern. Er bietet im Kampf mit Substitutionswerkstoffen die beste Kosten-Nutzenbalance. Durch eine zukünftig noch intensivere Zusammenarbeit zwischen Aluminium-Erzeugern, -Verarbeitern und Automobilherstellern können hier noch weitere Potenziale für den Einsatz von Aluminium erschlossen werden. Diesen Trend spiegeln die Zahlen ein-drucksvoll wider. Der durchschnittliche Aluminiumanteil pro Auto steigt stetig. Vor 60 Jahren wurden durchschnittlich 19 Kilogramm Aluminium pro Fahrzeug verbaut, zwischen 1990 und 2014 hat sich der Anteil an Aluminium pro Automobil von 50 kg auf 140 kg nahezu verdrei-facht. Bis 2020 steigt diese Menge auf 160 bis 180 Kilogramm, wenn auch Klein- und Mittel-klassewagen dem Trend der Oberklasse in Bezug auf den Einsatz von Aluminium folgen.

2. Konstruktion

Durch den intensiveren Wettbewerb der Werkstoffe ist die Zusammenarbeit zwischen Auto-mobilherstellern und Aluminiumlieferanten enger geworden. Mit Investitionen in die anwen-dungs¬orientierte Forschung und Entwicklung hat die Aluminiumindustrie immer wieder aufs Neue die Eigenschaften ihres Werkstoffs verbessert, neue Produkte entwickelt und Produkti-onsprozesse opti¬miert. So sind Prozess- und Werkstoffinnovationen Treiber für die Entwick-lung von effizienten Leichtbaulösungen und deren Implementierung in die Serienfertigung wie etwa energiesparende Komponenten für Fahrwerk, Motor und Getriebe.

Der Einsatz von Aluminium im Automobilbau wird auch durch neue Verbindungstechniken forciert. Verbesserte Lötverfahren haben beispielsweise dazu geführt, dass heute bereits fast alle Wärmetauscher für Autoklimaanlagen und -kühler aus Aluminium gefertigt werden. Inno-vative Schweißverfahren und Klebetechnologien ermöglichen es, komplexe Strukturen auf-zubauen, die nicht nur technische, sondern auch ökonomische Vorteile bieten. Die Anwen-dungen reichen bis zu kompletten Achsstrukturen.

3. Neue Anwendungen

In den vergangenen Jahren haben die Aluminiumproduzenten- und verarbeiter immer neue Aluminiumlegierungen (5xxxer, 6xxxer) mit verbesserten mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit entwickelt und so immer leichtere Bauteile mit dünneren Wandstärken angeboten. Die innovativen Aluminiumwerkstoffe haben durch ihre gute Verarbeitbarkeit, die hohen Festigkeitswerte und die gute Schweißbarkeit neue Einsatzgebiete erobert. Aber auch die Entwicklung von neuen Walzoberflächengeomet-rien und Schmierstoffen zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften werden vorange-trieben.

Zudem geben die Entwicklungen in der E-Mobilität dem Werkstoff neuen Schwung: Die Leis-tungselektronik, E-Motoren und vor allem die Batterie mit ihrem Gehäuse, das sie vor äuße-ren Einflüssen schützt, bringen zusätzliches Leichtbaupotential ins Fahrzeug. Aufgrund ande-rer konstruktiver Anforderung von Elektromobilen machen bei vielen neuen Produkten und Anwendungen nur Aluprofile Sinn, zum Beispiel wegen der Möglichkeit der Funktionsintegra-tion oder Kühlung. Leichtmetall-Lösungen werden sich bei Batteriegehäusen, Strukturteilen und im Antriebsbereich durchsetzen.

4. Forschung

Die Automobilindustrie ist einer der großen Treiber hinter Werkstoff- und Prozessentwicklun-gen rund ums Aluminium. Dabei ist weniger der Endkunde ausschlaggebend, als vielmehr gesamtgesellschaftliche und gesetzliche Rahmenbedingungen. So zwingt die zunehmende Urbanisierung, beispielsweise in Asien, Automobilhersteller zur Suche nach neuen Konzepten und die Grenzwerte für den Flottenverbrauch der Fahrzeuge eines Herstellers tun ihr Übriges dazu. Deshalb wird der der Bedarf an innovativen Leichtbaulösungen im Automobilbau weiter zunehmen.

Aufgrund der neuen Anforderungen nach einem „scharfkantigen“ Design im Außenhautbe-reich werden 6xxx-Werkstoffe mit höchsten Umformeigenschaften benötigt. Hinsichtlich des Leichtbaus und der damit verbundenen Blechdickenreduzierung sollen die Werkstoffe hohe Festigkeitswerte aufweisen. Die Anforderungen werden von den Automobilherstellern diffe-renziert gestellt. Zum einen erwartet man höhere Festigkeiten bei guten Crasheigenschaften wie z.B. der Duktilität; dann wieder nur höchste Festigkeiten für die Steifigkeitsanforderungen der Karosserie. Je nach Bauteilverwendung und Dehnungsmöglichkeiten wird in Bezug auf Festigkeit und Geometrien eine gute Umformbarkeit in den verschiedenen Festigkeitsklassen erwartet.

5. Ausblick

Insgesamt sieht sich die Aluminiumindustrie im Automobilsektor einem exponentiellen Wachs-tum gegenüber. Die Nachfrage und der Bedarf nach Aluminium werden weiter steigen. Auch wenn der Werkstoff in einigen Einsatzgebieten Anteile verlieren sollte, wird er sich im Gegen-zug neue Anwendungsgebiete erschließen. Die Zuwächse werden weiterhin höher sein als die Substitution.

Aluminiumbleche werden in Zukunft andere Werkstoffe wie zum Beispiel Stahl im Bereich der Außenhaut- und bei Hang-on-Parts substituieren. Der weitere Einsatz von Aluminium für Motorhauben, Kotflügel und Türen der nächsten Fahrzeuggenerationen ist bei den OEMs ent-schieden. Der Aluminiumguss bleibt ebenfalls ein wichtiger, dynamischer Wachstumsmarkt. Die Aluminiumgießer verfügen über ein ausgezeichnetes Werkstoff-Know-how. Komplexe Gussteile mit großer Bearbeitungstiefe versprechen große Potenziale. Auch in crashrelevan-ten Bereichen der Karosserie gibt es noch vielversprechende Möglichkeiten für Aluminium-Lösungen.


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