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Passive Sicherheit und Leichtbau

Verbrauchssenkung dank Leichtbau

Leichtbau Elemente Foto: Klaus-Ulrich Blumenstock 5 Bilder

Neben dem Downsizing trägt der Leichtbau entscheidend zur Verbrauchssenkung bei. Doch die Sicherheit darf darunter nicht leiden.

21.08.2010 Klaus-Ulrich Blumenstock

Formel 1-Rennwagen treiben den Zielkonflikt zwischen Leichtbau und Sicherheit auf die Spitze: Um die Motorleistung in optimale Dynamik umzusetzen, sollten die Autos möglichst leicht sein.

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Reportage Passive Sicherheit: Leichtbau Leichter und sicherer durch High Tech
auto motor und sport 17/2010
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Sicherheit und Leichtbau müssen kein Widerspruch sein

Doch bei Renntempo 200 km/h und mehr steigt bei einem Unfall das Verletzungsrisiko für den Fahrer um ein Vielfaches - rein theoretisch. Denn F1-Crashs der letzten Jahre gingen für die Fahrer erstaunlich glimpflich aus. Trotz extremen Leichtbaus erweisen sich die Monocoques als so sicher wie nie zuvor. Den Grund dafür liefern ausgesprochen teure Werkstoffkombinationen - Kohle- und Glasfaser- Strukturen zusammen mit einer Zylon-Zwischenschicht -, die extreme Stabilität garantieren.

Sicherheit und Leichtbau müssen also kein Widerspruch sein, sondern können einander sogar unterstützen. Je leichter Serienautos sind, desto geringer ist die kinetische Energie, die beim Crash durch Verformung umgewandelt werden muss. Und das wiederum lässt sich oft mit weniger oder leichteren Werkstoffen bewerkstelligen - ein sich selbst verstärkender Effekt. Auch in Sachen Partnerschutz ist Leichtbau ein Plus, denn Unfallgegner werden so weniger belastet. Ein indirekter Sicherheitsgewinn ergibt sich beim Bremsen, weil sich bei geringerer Fahrzeugmasse der Bremsweg verkürzt - und auch die Neigung zum Fading.

Leichtmetalle wie Aluminium und Magnesium bringen den Leichtbau voran

Doch sind es nicht allein exotische Materialien wie kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK), die in hochpreisigen Sportwagen à la Mercedes SLR McLaren oder BMW M6 den Leichtbau voranbringen; es sind vielmehr Leichtmetalle wie Aluminium und Magnesium oder deren gekonnter Mix mit Stahl und Kunststoffen. Denn die Stahlfraktion hat die Herausforderung durch die Alu-Karosserie längst angenommen - mit erheblicher Gewichtsminderung vor allem durch die Verwendung hochfester Stahlbleche und den belastungsgerechten, gestuften Einsatz von Blechstärken (tailored blanks).

Dieser Weg der werkstoffgerechten Konstruktion kommt mehr und mehr auch der passiven Sicherheit zugute. Alu-Profile bringen zum Beispiel bei entsprechendem Querschnitt dank ihrer höheren massenspezifischen Energieabsorption bessere Voraussetzungen beim Crash mit als Stahl.

Trend zum Leichtbau wird sich fortsetzen

Audi setzt das Leichtbau-Material Aluminium deshalb für Crash-Boxen im Längsträgerbereich ein, deren Verformung zudem gezielt durch "gestufte Plastifizierungsniveaus" gesteuert wird. Weiteres Potenzial für die Energieabsorption bieten crashrelevante Bauteile aus Alu-Schaum. Neben hoher Steifigkeit zeichnet sich der High-Tech-Werkstoff CFK wegen der ausgesprochen hohen Festigkeit seiner Faserstruktur bei entsprechender Konstruktion durch hohe Werte bei der Energieabsorption aus - vier bis fünf Mal höher als mit metallischem Material bei etwa 50-prozentigem Gewichtsvorteil.

Auch dies ist eine Erkenntnis aus der Formel 1. Beim Aufprall zerreißen die Fasern der kegelförmigen CFK-Elemente von vorne nach hinten und absorbieren dabei die Aufprallenergie mit konstanter Verzögerung. Der Trend zum Leichtbau wird sich fortsetzen, um die Fahrzeugverbräuche weiter zu senken, auch wenn die Karosserie nur einen Teil dazu beitragen kann. Wichtigste Erkenntnis: Der passiven Sicherheit schadet diese Entwicklung nicht

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