Expertengespräch: Interview mit Stefan Kienzle

Stefan Kienzle leitet zusammen mit Heinrich Flegel in der Daimler-Forschung und -Vorentwicklung den Bereich „Materials, Manufacturing and Concepts“, der im Forschungszentrum Ulm und in Sindelfingen angesiedelt ist.

 

Herr Kienzle, in ihrem Center wurde der Grundstein gelegt, um das Flexible Walzprofilieren als kostengünstiges Verfahren im Fahrzeugrohbau einführen zu können. Im Werk Sindelfingen läuft bereits eine Pilotanlage, auf der 2009 die Fertigung von Serienteilen beginnen soll. Wie sehen die nächsten Meilensteine aus?

Wir werden diese Technologie hinsichtlich Flexibilität weiterentwickeln; das heißt, flexibel in Bezug auf Werkstoffe, Geometrien, Querschnitte und Wandstärken. Hier wurden mittlerweile erste erfolgreiche Versuche durchgeführt. Wir arbeiten beispielsweise gerade daran, die bestehenden Profile in der Wandstärke zu variieren, um an den Stellen weniger Material zu haben, an denen unsere Simulationsexperten schwächere Kraftverläufe vorhersagen. Wir sprechen hier von der sogenannten Lastpfadoptimierung, durch die zusätzlich Gewicht eingespart werden kann. Dies muss nun bezüglich der Genauigkeit weiter optimiert werden. Ihre volle Effektivität entfaltet die Anlage bei künftigen Baureihen mit vermehrt unterschiedlichen Radständen, weil wir mit nur einer Maschine unterschiedlich lange Schwellerbauteile produzieren können.

Neben den Pkw-Schwellerbauteilen werden Spaceframe-artige Kabinenkonzepte bei Truck, Van und Bus wichtige Anwendungsfelder bleiben. Mittels der Profiltechnik können die höchsten heute verfügbaren Stahlgüten vergleichsweise einfach umgeformt werden. Dadurch eröffnen sich weitere Leichtbaupotenziale.

Beeindruckend an der Sindelfinger Pilotanlage ist die enge Kooperation aller Bereiche in Entwicklung und Produktion. Welche anderen Beispiele für die intensive und fruchtbare Zusammenarbeit von Forschung/Vorentwicklung, Entwicklung und Produktion gibt es aus dem Bereich Werkstofftechnik?

Die Integration der „alten Forschung“ in den Entwicklungsbereich hat uns in allen Feldern – sowohl Fahrzeugaufbau als auch Antriebsstrang – wesentlich effizienter gemacht. So werden im Rohbau sämtliche Leichtbauprojekte in engster Abstimmung aller Bereiche für die nächsten Baureihen zur Konzeptreife entwickelt. Aber auch im Antriebsstrang wird zum Beispiel die für die CO2-Reduktion so wichtige Materialauswahl für Zylinderlaufbahnen ausschließlich gemeinsam zwischen den Partnerbereichen diskutiert und entschieden.

Für neue Materialien die Vorteile und Produzierbarkeit gleichzeitig zu validieren und konkret am Bauteil zu bewerten, das ist der Kerngedanke des integrierten Ansatzes „Materials, Manufacturing and Concepts“.

Die Werkstofftechnologie spielt im Fahrzeugbau eine große Rolle, wird in der Öffentlichkeit aber kaum wahrgenommen. Wo bringt sie denn dem Kunden Vorteile, auch wenn er davon gar nichts ahnt?

Die Erfüllung der steigenden Anforderungen – zum Beispiel an die Crashsicherheit und an das Geräuschverhalten – ist nur durch den Einsatz weiterentwickelter Werkstoffe möglich. Leichtbauwerkstoffe insgesamt sind ein wichtiger Stellhebel zur Verbrauchsreduktion, das wir an der Tankstelle spüren. Oder ein Beispiel aus dem Interieur: Hier können neue Werkstoffe Sitze im Winter nicht so kalt und im Sommer nicht so heiß werden lassen. Härtere Lackschichten lassen die Farbgebung des Fahrzeugs auch nach doppelt so vielen Waschstraßenzyklen noch brillant erscheinen. Es gibt also eine Vielzahl von Materialtechnologien, die unseren Kunden direkte Vorteile bringen.

Angesichts der CO2-Diskussion gewinnt das Thema Leichtbau weiter an Bedeutung. Mit dem Flexiblen Walzprofilieren können höchstfeste Stähle verarbeitet werden, die zu einer deutlichen Gewichtsersparnis führen. Welches weitere Leichtbaupotenzial sehen Sie bei Stählen und Leichtmetallen – oder ist das Ende der Fahnenstange allmählich erreicht?

Die Innovationssprünge werden kleiner werden. Bei Stählen werden noch höherfeste Varianten entwickelt werden und zur weiteren Reduktion von Wandstärken und damit zum Leichtbau beitragen. In den nächsten Fahrzeuggenerationen stehen dann kaltumformbare Stahlwerkstoffe in der Festigkeitsklasse 1.000 bis 1.200 MPa zur Verfügung – wir kommen von Größenordnungen im Bereich von 340 MPa. Daran sieht man die gewaltigen technologischen Leistungen. Wir werden bei extrem wandstärkereduzierten Stählen jedoch langfristig in einen Zielkonflikt mit den Geräuschanforderungen – zum Beispiel beim Körperschall – kommen, sodass ich in diesem Bereich eine gewisse Konsolidierung erwarte.

Aluminium wird an der Fahrzeugaußenhaut eine wichtigere Rolle spielen; beim Einsatz als Strukturbauteil gilt es die Mehrkosten genau im Blick zu behalten. Eine zeitversetzt vergleichbare Entwicklung wie bei Stahl ist zu erwarten und wird zu „advanced high strenght alluminium“ führen.

Magnesium ist heute schon an Stellen im Einsatz, welche die hohen Mehrkosten des Leichtbaupotenzials rechtfertigen. Zur Beurteilung werden unsere Fahrzeuge nach sogenannten Leichtbauzonen eingeteilt.

Die Profiltechnik hat sich bei längsorientierten Bauteilen durchgesetzt, wird aber auf ein solches Bauteilspektrum begrenzt bleiben.

Eine harte Konkurrenz der metallischen Werkstoffe sind Kunststoffe und Faserverbundmaterialien. Werden diese die „alten“ Werkstoffe immer weiter zurückdrängen?

Konkurrenz belebt in der Tat das Geschäft. Das sehen wir an der hohen Dynamik der Stahlentwicklungen. In der Fahrzeugstruktur gilt es die Steifigkeits- und Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Hier wird Stahl immer seinen Platz haben, insbesondere in der Großserie mit den gültigen kaufmännischen Rahmenbedingungen. Der Elastizitätsmodul von Stahl ist dreimal höher als zum Beispiel der von Aluminium und bietet so die beste Voraussetzung für die Sicherheit der Fahrgastzelle.

Ich sehe die Fortführung des Materialwettbewerbs zwischen Polymeren – auch mit Fasern armiert – , Aluminium und Magnesium. Interessant sind die zunehmenden Anwendungsfelder von Kunststoffen, insbesondere von kohlefaserverstärkten Materialien in der Windkraft- und Luftfahrtindustrie. Wir sind gespannt, wie sich dies auf die automobile Nutzung auswirkt. Immerhin hat Mercedes-Benz als einer der wenigen Herstellern heute ja bereits ein aus Kohlefaser gebautes Auto im Portfolio, den SLR.