Leichtbau - Eine Kernkompetenz von Audi

Leichte Autos in großen Serien – eine Kernkompetenz von Audi

Bei Audi genießt der Leichtbau bereits seit vielen Jahren höchsten Stellen­wert – er ist ein Eckpfeiler der Marke. Als Pionier bei der selbsttragenden Aluminiumkarosserie führt Audi den Wettbewerb beim Leichtbau weltweit an. Die künftigen Innovationen werden dazu beitragen, dass die Marke auch weiterhin die Gewichtsspirale umkehrt – jedes neue Audi-Modell wird leichter sein als sein Vorgänger.

Der Leichtbau-Ansatz von Audi ist das Selbstverständnis jedes Entwicklers, er ist eine Geisteshaltung. Über die Karosserie hinaus bezieht er sämtliche Technikfelder im Gesamtfahrzeug mit ein – vom Motor bis zum Kabelbaum. Nicht nur die Aluminiumkarosserien in der Audi Space Frame-Bauweise (ASF) bauen ungewöhnlich leicht, auch einige Volumenmodelle mit Stahlkaros­serie setzen in ihren jeweiligen Klassen die Maßstäbe.

Mit dem ersten Audi A8, der 1994 erschien, hat die Marke nicht nur die ASF-Bauweise entwickelt und in die Serie eingeführt, sondern auch alle Schritte, die zur Produktion notwendig sind. Dieser integrierte Ansatz war es, der den Durchbruch ermöglichte. Audi hat seine Kompetenzen Zug um Zug ausge­baut, gerade in der Fertigung sind zahlreiche Hightech-Verfahren hinzu­gekommen.

Die Marke bearbeitet das Technikfeld gesamthaft und nachhaltig, über die komplette Entwicklungs- und Produktionskette hinweg. Leichtbau ist für Audi nicht nur Werkstoffkunde, sondern auch die volle Kompetenz in der Prozesstechnik, die Entwicklung neuer Verbindungstechnologien und die Absicherung von Service – und Reparaturmöglichkeiten.

Der Leichtbau in großen Serien ist eine Kernkompetenz von Audi. Von 1994 an hat das Unternehmen in ununterbrochener Kontinuität etwa 550.000 Fahrzeuge mit ASF-Karosserie produziert, weit mehr als jeder andere Her­steller weltweit. In der aktuellen Modellpalette vertreten die Luxuslimousine A8 und der Hochleistungssportwagen R8 das ASF-Prinzip in seiner reinen Form. Die Karosserie des Kompaktsportwagens TT entsteht in Hybridbau­weise aus Aluminium und Stahl, und der A7 Sportback und der neue A6 haben Stahlkarosserien mit einem hohen Anteil Aluminium.

Die Evolution des Audi Space Frame Jetzt entwickelt Audi das ASF-Prinzip einen großen Schritt weiter – zum Multimaterial Space Frame. Er kombiniert Komponenten aus Aluminium, Stahl und Faser-verstärkten Kunststoffen miteinander, weiterhin in der Space Frame-Bauweise, aber teilweise mit neuen Verbindungstechniken. Das Space Frame-Prinzip ist von bestechender technischer Eleganz, weil es die Aufgaben der Bauteile in der Karosserie voneinander trennt: Die Strang­pressprofile überspannen die Räume, die Gussknoten verbinden die Bauteile, die Aluminiumbleche schließen die Räume und steifen das Fachwerk aus. Das Space Frame-Prinzip weist jedem Werkstoff und jedem Bauteil seine spezielle Aufgabe zu. Dadurch gibt es den Entwicklern viel höhere Freiheits­grade als die traditionelle Schalenbauweise in Blech.

Audi ist davon überzeugt, dass der Multimaterial Space Frame der richtige Weg für den Bau von Fahrzeugen in großer Serie ist. Er liegt im Gewicht ebenso günstig oder besser als eine vergleichbare CFK-Karosserie und bietet im Vergleich zu ihr große Vorteile – nicht zuletzt in der energetischen Gesamtbilanz und bei den niedrigeren Kosten

Breite Kompetenz bei den Werkstoffen Leichtbau bedeutet für Audi nicht die starre Fixierung auf einen einzigen Werkstoff, sondern den intelligenten, flexiblen Umgang mit verschieden­sten Materialien. Das Motto lautet: „Das richtige Material am richtigen Ort für die optimale Funktion.“

Das Ziel liegt darin, mit dem geringsten Einsatz an Werkstoff am jeweils idealen Ort die beste Performance zu erzielen – wie in der Natur, in der ebenfalls kein Material verschwendet wird. Die Ingenieure haben sich auf allen Technikfeldern breites Wissen erarbeitet. Jeder Werkstoff, ob Stahl, Aluminium oder Faser-verstärkter Kunststoff, wird für seinen jeweiligen Einsatzzweck immer wieder neu auf den Prüfstand gestellt; die Audi-Experten kennen seine Potenziale und Nachteile in allen Details.

Die Werkstoffe liegen im technologischen Wettstreit miteinander; Audi kann alle neuen Fortschritte unmittelbar für seine Zwecke nutzen. Beim Aluminium etwa werden neue, hochfeste Legierungen und weiter feinere Bauteil-Strukturen schon in Kürze deutliche Fortschritte bringen. Mittel­fristig werden CFK-Komponenten die Struktur des ASF noch stärker, leichter und sicherer machen; Audi kann die Crash-Eigenschaften dieses Materials durch präzise Simulationen genau berechnen.

Das Audi Leichtbauzentrum Die breite Kompetenz stammt ganz wesentlich aus dem Audi Leichtbau­zentrum, einer Einrichtung, in der etwa 180 Spezialisten arbeiten. Das ALZ ist die Speerspitze des Unternehmens beim Leichtbau. Seine Erkenntnisse waren bis heute Grundlage für zahlreiche Patente, für die Auszeichnung „European Inventor of the Year 2008“ durch das Europäische Patentamt und für vier Siege beim „Euro Car Body Award“, dem weltweit wichtigsten Wettbewerb im Karosseriebau.

Im FVK-Technikum beschäftigen sich inzwischen etwa 50 Experten mit Faser-verstärkten Kunststoffen. Auf dem Technikfeld CFK und Aluminium pflegt Audi einen intensiven Technologietransfer mit seiner Tochtermarke Lamborghini, der beiden Seiten immer wieder neue Erkenntnisse vermittelt.

Ein Jahrhundert Leichtbau Der Leichtbau hat bei Audi und seinen Vorgänger-Unternehmen eine lange Tradition. Schon 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 brachten Spezialisten in der Rennabteilung der Auto Union Aluminiumbleche in Handarbeit in Form, aus ihnen entstanden die Karosserien und Stromlinienverkleidungen für die Renn- und Weltrekord­wagen. Der Auto Union Typ C von 1936 wog rennfertig nur etwa 825 Kilo­gramm – mit dem V16-Kompressormotor, der gut 380 kW (520 PS) leistete, erzielte er ein Leistungsgewicht, das dem eines heutigen Le Mans-Sport­prototypen nahekommt.

Auch heute treibt Audi den Fortschritt auf der Piste voran. Schon die Rallye- und Rundstreckenautos aus den Jahren um 1990 herum hatten viele Kunststoffteile in und an der Karosserie. Einige nutzten bereits Kardan­wellen aus Kohlestofffaser-Verbundmaterial – in der Serie hatte auch der Audi 90 quattro diese Lösung an Bord. Heute dienen der Audi R18 und der A4 DTM als rollende Labors beim Umgang mit CFK.

In der Serie setzte der erste Audi A8 bei seinem Debüt 1994 ein Ausrufe­zeichen. Mit seiner ASF-Karosserie löste er in der damals eher konservativen Stahl- und Gussindustrie eine kleine Revolution aus – er setzte die Lieferan­ten massiv unter Druck. Seitdem hat sich die Festigkeit hochfester Stähle um den Faktor fünf gesteigert, und in den Gießereien ist der Qualitätsstandard entscheidend gewachsen. Das ASF-Prinzip von Audi kommt nicht nur den Kunden der Marke zugute, sondern der ganzen Branche.

Bei der elektrischen Mobilität der Zukunft wird der Leichtbau erneut eine entscheidende Rolle spielen. Die neuen Komponenten wie die Traktions­batterie bringen ein erhebliches Zusatzgewicht mit sich; Intelligenter Leichtbau kann es in weiten Bereichen kompensieren. Schon heute entwickeln die Ingenieure in Neckarsulm völlig neue Lösungen für die Karosserien der künftigen Elektrofahrzeuge.

Der Leichtbau von Audi – die Umkehr der Gewichtsspirale Fast überall in der Automobilindustrie werden die Fahrzeuge immer schwerer – von Generation zu Generation, seit vielen Jahren. Nicht so bei Audi: Die Marke mit den vier Ringen kehrt die Gewichtsspirale mit ihrer konsequenten Leichtbaustrategie um. In seiner zweiten Generation bringt der kompakte Sportwagen TT bis zu 90 Kilogramm weniger auf die Waage als sein Vorgängermodell. Beim neuen A6, der jetzt an den Start geht, sind es je nach Version bis zu 80 Kilogramm. Auch künftig wird jedes neue Audi-Modell leichter sein als sein Vorgänger.

Das Leichtbau-Prinzip von Audi schont die Ressourcen, senkt den Kraftstoff­verbrauch und erhöht damit die Wirtschaftlichkeit. Der neue A6 konsumiert, abhängig von der Motorisierung, bis zu 21 Prozent weniger als sein Vor­gänger. Der Leichtbau hat an diesem Fortschritt etwa ein Fünftel Anteil – generell verringern 100 Kilogramm Gewichtsersparnis den Verbrauch um 0,3 bis 0,5 Liter pro 100 km.

Die Initialzündung für den Leichtbau im Gesamtfahrzeug liefert bei Audi die Karosserie; von ihr gehen zahlreiche Sekundäreffekte aus. Ein geringeres Aufbaugewicht ermöglicht kompaktere Bremsen, einen kleineren Motor, eine entsprechend schlanke Abgasanlage und einen kleineren Tank. Auch bei den Einzelbauteilen ergeben sich zahlreiche Einsparpotenziale – bei einer leichteren Heckklappe aus Aluminium etwa genügen auch leichte Gasdruck­federn.

Auch bei der Sportlichkeit, der Fahrsicherheit und beim Komfort hat der Leichtbau entscheidende Vorteile. Ein Auto mit 1.200 Kilogramm Gewicht erreicht beim stehenden Start die 100 km/h-Marke sechs Meter früher als ein Fahrzeug mit 1.300 Kilogramm. Bei der Beschleunigung wirkt sich die Verringerung der so genannten rotatorischen, also der sich drehenden Massen mit ihren Trägheitsmomenten besonders stark aus.

Auch beim Bremsen erzielt eine geringere Fahrzeugmasse viele positive Effekte. Der Bremsweg ist kürzer und es entsteht weniger Abwärme. Je leichter ein Auto ist, desto weniger kinetische Energie entwickelt es, und umso weniger davon muss bei einem Unfall in Deformation umgewandelt werden. Auch der Unfallgegner wird bei einer Kollision geringer belastet.

Ein besonders attraktives Technikfeld ist der Leichtbau im Fahrwerk. Die Verringerung der ungefederten Massen an den Rädern erlaubt es beispiels­weise, die Fahrwerkskomponenten leichter zu bauen.

Quelle: Audi