Größere Reichweite: E-Mobilität ist Ansporn für Leichtbau

Die Elektromobilität stellt den Leichtbau vor neue Herausforderungen. Durch den schweren Akku bringen Batteriefahrzeuge rund ein Drittel mehr Gewicht auf die Straße als vergleichbare Verbrenner.

Der ID.3 von VW etwa ging mit circa 1,8 Tonnen an den Start – rund eine halbe Tonne mehr als ein Golf VIII. Andere Elektromodelle sind gar noch deutlich schwerer.

Die zusätzliche Masse schlägt beim Verbrauch nicht ganz so stark zu Buche wie bei Verbrennern, weil durch die Rekuperation beim Bremsen ein Teil der Energie zurückgewonnen werden kann. "Dafür ist der Verbrauch bei Batteriefahrzeugen insofern wichtiger, als die mit einer Batterieladung erzielbare Reichweite deutlich kritischer ist", sagte Luise Kärger der Automobilwoche.

Die Professorin leitet am Institut für Fahrzeugsystemtechnik am Karlsruher KIT den Bereich Leichtbau. Zudem, so betont Kärger, zieht jedes zusätzliche Kilogramm weitere Gewichtssteigerung nach sich: "Werden die Fahrzeuge schwerer, müssen etwa Crashstrukturen oder Fahrwerke stärker ausgelegt werden."

Das ist nicht nur Theorie. "Die Achsaufhängungen vieler Elektroautos leiden unter dem hohen Gewicht der Antriebsbatterien", konstatiert der TÜV-Verband. "Mängel an Bremsen und Achsaufhängungen treten bei Stromern gehäuft auf."

Leichtbau wird durch E-Mobilität also noch wichtiger. Technologiesprünge oder Wunderwerkstoffe sind jedoch nicht in Sicht. "Grundsätzlich behalten alle bisher verfolgten Konzepte ihre Berechtigung", betont Kärger und nennt den Konzept- und den Formleichtbau ebenso wie den Material- und den Funktionsleichtbau, bei dem man mehr Funktionen in Bauteile integriert und so mit weniger Einzelelementen und weniger Fügestellen auskommt.

Beim 3-D-Druck wird noch auf Lösungen gewartet, die auch in (Groß-)Serie wirtschaftlich sind. Bei den Werkstoffen zeichnen sich einige Trends ab. So kommt das International Council on Clean Transportation (ICCT) in einer Studie zum Ergebnis, dass Stahlleichtbau und verstärkter Alu-Einsatz noch Gewichtseinsparungen ermöglichen.

Beim Stahl seien es hoch- und ultrahochfeste Stähle sowie Klebeverbindungen, die geringere Materialstärken ermöglichen. Ohne wesentliche Mehrkosten könne die Rohkarosse so um bis zu 17 Prozent leichter werden.

In etwa verdoppeln lasse sich die Gewichtseinsparung, wenn man normalen Stahl durch Alu ersetze, was allerdings auch etwas teurer ist. Unterm Strich erwarten die ICCT-Experten mehr hochfesten Stahl und mehr Alu in Personenwagen.

Fortschreiten dürfte auch die Substituierung von Metallen durch faserverstärkte Kunststoffe, auf die sich das Institut von Kärger fokussiert. Da sind zum einen die hochfesten, aber teuren kohlefaserverstärkten Polymere. Eine vielversprechende Entwicklung sieht man in selbstverstärkten Kunststoffen.

Deren großer Vorteil liegt darin, dass die sehr festen und steifen Verstärkungsfasern aus dem gleichen Grundpolymer bestehen, in das sie eingebettet werden. So besteht das komplette Bauteil aus einem einzigen Material und lässt sich sehr gut recyceln. Erreicht werden können damit – relativ zum Gewicht – Festigkeiten wie mit glasfaserverstärkten Bauteilen.

Das Gigacasting, das nach Tesla auch andere Hersteller nutzen wollen, hat einer Studie des WZL an der RWTH Aachen kaum Auswirkungen auf das Gewicht.

Wenn bei einem Mittelklassewagen das komplette Unterteil der Karosserie per Aludruckguss aus einem Teil und der obere Teil im klassischen Multi-Material-Mix hergestellt wird, rechnen die Experten mit einem kleinen Zusatzgewicht von zehn Kilogramm.