Die europäische Automobilindustrie ist bekannt für ihre fortschrittliche und hochinnovative Technologie. Mit der Förderung von Energiespar- und Emissionsreduzierungsmaßnahmen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Kohlendioxidemissionen werden verbesserte und innovativ gestaltete Aluminiumlegierungen häufig im Automobildesign eingesetzt. Laut Statistik hat sich in den letzten zehn Jahren die durchschnittliche Menge an Aluminium, die in Personenkraftwagen verwendet wird, verdoppelt, und die Gewichtsreduzierung von Aluminiumlegierungen ist in Abbildung 1 unten dargestellt. Basierend auf innovativen Designkonzepten wird sich dieser Trend in den nächsten Jahren fortsetzen.
Im Zuge der Leichtbauentwicklung stehen Aluminiumlegierungen in einem harten Wettbewerb mit anderen neuen Materialien, wie zum Beispiel hochfestem Stahl, der auch nach dünnwandiger Konstruktion noch eine hohe Festigkeit beibehalten kann. Darüber hinaus gibt es Verbundwerkstoffe aus Magnesium, Titan, Glas oder Kohlefaser, wobei letztere in der Luft- und Raumfahrt bereits weit verbreitet sind. Mittlerweile wurde das Konzept des Multi-Material-Designs in das Automobildesign integriert und es werden Anstrengungen unternommen, geeignete Materialien auf geeignete Teile anzuwenden. Eine sehr wichtige Herausforderung ist das Problem der Verbindung und Oberflächenbehandlung, und es wurden verschiedene Lösungen entwickelt, wie z. B. Motorblock- und Antriebsstrangkomponenten, Rahmendesign (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), dünne Plattenstruktur (Honda NSX). , Jaguar, Rover), Federung (DC-E-Klasse, Renault, Peugeot) und andere Strukturkomponenten. Abbildung 2 zeigt die in Automobilen verwendeten Aluminiumbestandteile.
BIW-Designstrategie
Die Rohkarosserie ist der schwerste Teil eines herkömmlichen Autos und macht 25 bis 30 % des Fahrzeuggewichts aus. Bei der Rohbaukonstruktion gibt es zwei konstruktive Ausführungen.
1 „Profil-Space-Frame-Design“ für kleine und mittlere Autos: Audi A8 ist ein typisches Beispiel, die Rohkarosserie wiegt 277 kg, besteht aus 59 Profilen (61 kg), 31 Gussteilen (39 kg) und 170 Blechen (177 kg). Die Verbindung erfolgt durch Nieten, MIG-Schweißen, Laserschweißen, sonstiges Hybridschweißen, Kleben usw.
2. „Monocoque-Struktur aus gesenkgeschmiedetem Blech“ für Automobilanwendungen mittlerer bis großer Kapazität: zum Beispiel Jaguar und 273 Blechteile (259 kg). Zu den Verbindungsmethoden zählen Kleben, Nieten und MIG-Schweißen.
Aufbringen einer Aluminiumlegierung auf den Körper
1. Aushärtbare Al-Mg-Si-Legierung
Die Legierungen der 6000er-Serie enthalten Magnesium und Silizium und werden derzeit in Automobilkarosserieblechen als A6016, A6111 und A6181A verwendet. In Europa weist EN-6016 mit einer Dicke von 1–1,2 mm eine hervorragende Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auf und wird häufig verwendet.
2. Nicht wärmebehandelbare Al-Mg-Mn-Legierung
Aufgrund ihrer spezifischen hohen Kaltverfestigung weisen Al-Mg-Mn-Legierungen eine ausgezeichnete Formbarkeit und hohe Festigkeit auf und werden häufig in warmgewalzten und kaltgewalzten Blechen und hydrogeformten Rohren für die Automobilindustrie verwendet. Noch effektiver ist der Einsatz im Fahrwerk oder in den Rädern, da die Massenreduzierung ungefederter beweglicher Teile den Fahrkomfort zusätzlich steigert und den Geräuschpegel senkt.
3. Aluminiumprofil
In Europa wurden völlig neue Fahrzeugkonzepte vorgeschlagen, die auf der Konstruktion von Aluminiumprofilen basieren, beispielsweise Rahmen aus Aluminiumlegierung und komplexe Unterkonstruktionen. Aufgrund ihres großen Potenzials für komplexe Designs und Funktionsintegration sind sie bestens für eine kostengünstige Serienproduktion geeignet. Da beim Strangpressen ein Abschrecken erforderlich ist, werden aushärtbare Legierungen mittlerer Festigkeit 6000 und hochfester 7000 verwendet. Formbarkeit und Endfestigkeit werden durch Aushärten durch anschließendes Erhitzen gesteuert. Aluminiumlegierungsprofile werden hauptsächlich im Rahmendesign, bei Crashträgern und anderen Crashkomponenten verwendet.
4. Aluminiumguss
Gussteile sind die am häufigsten verwendeten Aluminiumkomponenten in Automobilen, beispielsweise Motorblöcken, Zylinderköpfen und speziellen Fahrwerkskomponenten. Sogar Dieselmotoren, die ihren Marktanteil in Europa stark ausgebaut haben, wechseln aufgrund steigender Anforderungen an Festigkeit und Haltbarkeit zu Aluminiumgussteilen. Gleichzeitig werden Aluminiumgussteile auch im Rahmendesign, in Wellenteilen und Strukturteilen verwendet, und durch Hochdruckgießen der neuen AlSiMgMn-Aluminiumlegierungen wurden höhere Festigkeit und Duktilität erreicht.
Aluminium ist aufgrund seiner geringen Dichte, guten Formbarkeit und guten Korrosionsbeständigkeit das Material der Wahl für viele Automobilanwendungen wie Fahrgestelle, Karosserien und viele Strukturbauteile. Unter der Voraussetzung, dass die Leistungsanforderungen erfüllt werden, kann durch den Einsatz von Aluminium im Karosseriestrukturdesign eine Gewichtsreduzierung von mindestens 30 % erreicht werden. Außerdem können die meisten Teile der aktuellen Abdeckung mit Aluminiumlegierungen versehen werden. In einigen Fällen mit hohen Festigkeitsanforderungen können Legierungen der Serie 7000 dennoch Qualitätsvorteile bieten. Daher sind Lösungen zur Gewichtsreduzierung aus Aluminiumlegierungen für Großserienanwendungen die wirtschaftlichste Methode.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminium
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 08.12.2023
