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4.05.2017

Space Frame mit einzigartigem Materialmix

Grün: Aluminium-Blech
Blau: Aluminium-Profil
Rot: Aluminium-Guss
Violett: ultrahochfester Stahl
Grau: konventioneller Stahl
Schwarz: kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) (Grafik: AUDI)

> AUDI: Audi schreibt ein neues Kapitel seiner Leichtbau-Erfolgsgeschichte. Bei der nächsten Generation des Audi A8 kommt in der tragenden Karosseriestruktur erstmals ein intelligenter Mix aus vier Materialien zum Einsatz – mehr Werkstoffe als bei allen Serienmodellen der Marke zuvor. Damit stellt die Luxuslimousine ihre Rolle als Innovationstreiber im automobilen Leichtbau erneut unter Beweis: geringes Gewicht und hohe Steifigkeit sind die Grundlage für mehr Fahrperformance, Effizienz und Sicherheit. Die Leichtbauexperten bei Audi haben die Fixierung auf ein einziges Material im Leichtbau längst hinter sich gelassen. Mit einem Mix aus Aluminium, Stahl, Magnesium und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) begründen sie im Audi Space Frame (ASF) der nächsten Audi A8-Generation eine neue Stufe der Multimaterialbauweise – nach dem Motto: das richtige Material an der richtigen Stelle in der richtigen Menge.

Audi setzt konsequent auf neue Werkstofftechnologien und Konstruktionsweisen, von denen der Kunde direkt profitiert – und das nicht nur in puncto Gewicht. Bei der Torsionssteifigkeit – dem entscheidenden Parameter für präzises Handling sowie dem akustischen Komfort – übertrifft das künftige Flaggschiff die hervorragenden Werte des Vorgängers um rund ein Viertel. Eine ultrahochfeste, verwindungssteife Rückwand aus CFK bildet das flächenmäßig größte Bauteil der Passagierzelle im neuen Audi A8 und trägt 33 % zur Torsionssteifigkeit des Gesamtfahrzeugs bei. Um die Belastungen in Längs- beziehungsweise Querrichtung sowie Schubkräfte optimal aufzunehmen, liegen belastungsgerecht sechs bis neunzehn Faserlagen übereinander. Diese einzelnen Faserlagen werden aus 50 mm breiten Bändern zusammengesetzt, die individuell mit beliebigem Faserwinkel und minimalem Faserverschnitt zu einem fertigen Lagenpaket abgelegt werden können. Das innovative, speziell hierfür entwickelte Direkt-Faser-Ablageverfahren ermöglicht es, auf den normalerweise notwendigen Zwischenschritt der Gelegeherstellung komplett zu verzichten. Das Lagenpaket wird in einem ebenfalls neu entwickelten Verfahren mit Epoxid-Harz benetzt und härtet innerhalb weniger Minuten aus. Warmumgeformte Stahlbauteile bilden als höchstfester Verbund die Fahrgastzelle. Diese umfasst den unteren Bereich der Stirnwand, die Seitenschweller, die B-Säulen und den vorderen Bereich des Dachbogens. Einige dieser Blechplatinen sind mittels Tailored-Technologien – also maßgeschneidert – unterschiedlich dick gefertigt, andere zusätzlich partiell vergütet. Das senkt das Gewicht und erhöht die Festigkeit speziell in besonders sicherheitsrelevanten Bereichen.

Die Aluminiumkomponenten haben mit 58 % den größten Anteil an der Karosserie des neuen Audi A8. Als Gussknoten, Strangpressprofile und Bleche sind sie prägende Elemente der ASF-Konstruktionsweise. Auch hier hat der Wettbewerb der Werkstoffe für Fortschritt gesorgt: Neue warmaushärtende, höchstfeste Gusslegierungen erzielen eine Zugfestigkeit von mehr als 230 MPa. Die entsprechende Streckgrenze liegt im Zugversuch bei mehr als 180 MPa, für die Profillegierungen sind es mehr als 280 beziehungsweise mehr als 320 MPa – deutlich höhere Werte als bisher. Komplettiert wird der intelligente Materialmix durch die Domstrebe aus Magnesium. Im Vergleich zum Vorgängermodell spart sie 28 % Gewicht. Aluminiumschrauben stellen die Verbindung zu den Federbeindomen her und machen sie so zu einem Garanten für die hohe Torsionssteifigkeit der Karosserie. Bei einem Frontalaufprall werden die auftretenden Kräfte auf drei Lastebenen im Vorderwagen verteilt.

Nicht nur der Audi Space Frame der nächsten A8-Generation ist gänzlich neu entwickelt, auch die Produktionshallen am Standort Neckarsulm wurden eigens für das künftige Flaggschiff errichtet. Dafür waren allein beim neuen, 41 m hohen Karosseriebau 14 400 t Stahl nötig und damit doppelt so viel wie für den Eiffelturm in Paris. Die hochkomplexe und zugleich energieeffiziente Fertigung nutzt 14 unterschiedliche Fügeverfahren, darunter das Rollfalzen an den vorderen und hinteren Türeinstiegen. Diese rein mechanische, „kalte“ Technologie verbindet den Aluminiumseitenwandrahmen mit den warmumgeformten, höchstfesten Stahlblechen an B-Säule, Dachbogen und Schweller. An den Türeinstiegen erzielten die Ingenieure damit Verbesserungen von bis zu 36 mm gegenüber dem Vorgängermodell. Das wiederum macht das Ein- und Aussteigen noch komfortabler und erweitert das Sichtfeld des Fahrers im sicherheitsrelevanten Bereich der A-Säule. Bei den  „warmen“ Fügeverfahren hat Audi mit der Entwicklung des Laserstrahl-Remoteschweißens von Aluminium ein Alleinstellungsmerkmal unter den Premiumherstellern erreicht. Die exakte Positionierung des Laserstrahls in Relation zur Schweißkante senkt das Risiko von Heißrissen während des Herstellungsprozesses deutlich. Das neue Verfahren erlaubt die Eindringtiefe des Lasers über den Wärmeeintrag präzise zu kontrollieren. So kann die Prozesssteuerung die Spaltweite zwischen den Bauteilen beim Fügen sofort feststellen und durch Regelungsmaßnahmen effektiv schließen. Die hohe Vorschubgeschwindigkeit und der geringe Energiebedarf des Laserstrahls senken die CO2-Emissionen dieses Produktionsschrittes um etwa ein Viertel. Das neuartige Verfahren spart zudem im Serieneinsatz 95 % der laufenden Kosten, da die aufwendige Prozesssteuerung gegenüber dem herkömmlichen Laserstrahlschweißen entfallen kann. Das Laserstrahl-Remoteschweißen ist ein perfektes Sinnbild für die gesamte Fertigung des neuen Audi A8. Es war die erste Generation der Luxuslimousine, die mit ihrer selbsttragenden Aluminiumkarosserie 1994 den Audi Space Frame begründete. Seither hat das Unternehmen mehr als eine Million Serienautos nach diesem Konstruktionsprinzip gefertigt und sein Know-how im Umgang mit Werkstoffen und Verbindungstechniken immer weiter ausgebaut.

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