Leichte Autos sparen jede Menge Sprit

Die Autos von morgen bestehen aus einer Kombination von unterschiedlichen Materialien, damit sie leichter werden. Dabei sollen sie natürlich trotzdem Sicherheit bieten. Bild: DLR
Die Autos von morgen bestehen aus einer Kombination von unterschiedlichen Materialien, damit sie leichter werden. Dabei sollen sie natürlich trotzdem Sicherheit bieten. Bild: DLR

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Autos werden gelegentlich auch „Blechkisten“ genannt. Diesen liebevollen Spitznamen tragen sie, weil die meisten Fahrzeuge hauptsächlich aus Stahlblech gebaut werden. Warum? Stahl lässt sich sehr gut formen und ist dabei auch ziemlich stabil. Aber: Er ist dummerweise auch ziemlich schwer – und ein Auto verbraucht dadurch viel Kraftstoff. Gesucht werden daher neue Materialien und Konstruktionen, mit denen die zukünftigen Autos leicht und stabil zugleich sein sollen. Einige der neuen Werkstoffe kommen sogar aus der Formel 1.

Bauteile aus Carbon-Fasern sind sehr leicht und dabei sehr stabil. Bild: DLR
Bauteile aus Carbon-Fasern sind sehr leicht und dabei sehr stabil. Bild: DLR

Die „Flitzer“ im Auto-Rennsport werden schon seit einiger Zeit aus sogenannten „Verbundwerkstoffen“ gebaut. So bezeichnen Fachleuten Werkstoffe, die aus zwei oder auch mehreren Materialien bestehen. Für die Boliden der Formel 1 nutzen die Konstrukteure beispielsweise „Carbon-Fasern“. Denn dieses Material ist extrem leicht und äußerst stabil: fast unzerstörbar! Neben der Fahrerzelle, die den Rennfahrer schützt, wird auch die wichtige Radaufhängung aus diesem Material gefertigt. Doch die Herstellung ist aufwändige Handarbeit. Eine vollautomatische Fertigung – wie in modernen Auto-Fabriken – ist mit diesem Werkstoff zurzeit noch nicht möglich.

Aber auch andere Werkstoffe kommen bei der Auto-Konstruktion zum Einsatz. So haben die Forscher neue Kunststoffe entwickelt, die mit Glas- oder Kohlefasern verstärkt werden. Diese lassen sich viel einfacher verarbeiten als die oben erwähnten Carbon-Fasern. Aber wie muss man sich die Herstellung eines solchen „Verbundwerkstoffes“ vorstellen? Hier also das „Rezept“ für ein solches Bauteil:

So wie in dieser Studie könnten die leichten Autos von morgen aussehen. Bild: DLR
So wie in dieser Studie könnten die leichten Autos von morgen aussehen. Bild: DLR

Man nehme: Eine perfekt gearbeitete Form – ähnlich wie damals im Sandkasten – des gewünschten Bauteils. Nun ganz einfach das Gewebe aus den einzelnen Fasern in die Form legen und glatt streichen. Als nächstes kommt ein besonderer flüssiger Klebstoff darüber. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Nun schiebt man die Form in einen Spezialofen, um das Bauteil zu „backen“. Aber nicht wie einen Kuchen bei ca. 200 Grad, sondern bei über 800 Grad! Ist das Bauteil abgekühlt, kann es aus der Form gelöst und verarbeitet werden.

Nun kann man die neuen Verbundwerkstoffe jedoch nicht einfach überall einsetzen. Denn bei einem Fahrzeug muss jedes Bauteil einer anderen Belastung standhalten. Deshalb überlegen die Konstrukteure ganz genau, an welchen Stellen im Auto die neuen Werkstoffe eingesetzt werden können – und wo es eben doch hier und da weiterhin besser Metall sein sollte.

Vorbilder aus der Natur

Die Wabenbauweise folgt einer Anregung aus der Natur: dem Bienenstock. Bild: DLR
Die Wabenbauweise folgt einer Anregung aus der Natur: dem Bienenstock. Bild: DLR

Um Gewicht – und damit auch Treibstoff – einzusparen, entwerfen Ingenieure auch ganz neue Bauweisen. Dabei lassen sie sich auch von der Natur inspirieren. Denn hier sind einige geradezu perfekte Vorbilder für stabilen Leichtbau zu finden: Die Struktur der Bienenwabe ist da ein bekanntes Beispiel. Übrigens: Die Wissenschaft, die solche technischen Lösungen von der Natur abschaut, nennt man „Bionik“. Sie spielt auch bei der Konstruktion von neuen Flugzeugen eine wichtige Rolle. So hat man zum Beispiel herausgefunden, dass die Haut von Haifischen eine Mini-Struktur aufweist, die sie besonders gut durchs Wasser gleiten lässt. Und Flugzeuge, die mit einer künstlichen Haifisch-Haut überzogen wurden, gleiten daher auch besser durch die Luft.

Mit neuartigen Verbundwerkstoffen lassen sich also zukunftsweisende Konstruktionen bauen. Doch was passiert, wenn später einmal die Autos auch wieder „verschrottet“ werden müssen? Der heutige Stahl wird ja einfach eingeschmolzen und dient als Material für neue Produkte. Mit Werkstoffen, die aus mehreren Materialien bestehen, ist das aber nicht ganz so einfach. Auch daran wird daher weiter geforscht.