Die Evolution des Audi Space Frame

Marc Hummel und Ingolf Speck mit dem Verbindungsbauteil Schweller Längsträger.

Eine Karosserie in der Bauweise des Audi Space Frame steht für konsequenten Leichtbau. Seine Konstruktionsweise ist millionen Jahre alt und sein Erfinder – wie ein Blick in den Bienenstock zeigt – die Natur selbst. Bienen bauen ihr Haus mit geringem Materialaufwand, größtmöglichem Fassungsvermögen und maximaler Stabilität. Analog haben der Audi-Technologe Marc Hummel und Konstrukteur Ingolf Speck das Verbindungsteil Schweller Längsträger aus Aluminium für den neuen Audi A8 am Standort Neckarsulm weiterentwickelt.

Herr Hummel, was ist überhaupt ein Verbindungsteil Schweller Längsträger?

Hummel: Das Verbindungsteil Schweller Längsträger ist ein etwa zehn Kilogramm schweres und fast 1,5 Meter langes multifunktionales Großgussbauteil. Es verbindet den Schweller, also den Bereich unterhalb des Türeinstiegs, und den hinteren Längsträger, an dem die Fahrgastzelle mit dem Kofferraum angebracht ist.

Herr Speck, warum ist das Element prägend für das Konstruktionsprinzip des Audi Space Frame?

Speck: Im Unterschied zur Blechschalenbauweise ist dieses Bauteil aus einem Guss gefertigt. Der Vorteil: Der Audi Space Frame kommt mit viel weniger Bauteilen aus. Inspiriert von der Natur setzen wir auch immer nur so viel Material ein, wie tatsächlich notwendig ist. Die Wandstärke des Verbindungsteils ist beispielsweise an der dünnsten Stelle nur 1,8 Millimeter dick. Auch die Knochen eines Vogels haben unterschiedliche Wandstärken, sind hohl und im Inneren intensiv verrippt – wie unser Verbindungsteil.

… und wie haben Sie das Verbindungsteil Schweller Längsträger im neuen Audi A8 optimiert?

Hummel: Wir haben die Aluminiumlegierung so weiter entwickelt, dass die Festigkeit des Bauteils durch eine neuartige vierstufige Wärmebehandlung um 50 Prozent gegenüber seinem Vorgänger gesteigert wird.

Thomas Kobsik, Konstrukteur der Carbon Rückwand (CFK-Rückwand) mit seinem Bauteil.

Bei der nächsten Generation des Audi A8 kommt in der tragenden Karosseriestruktur erstmals ein intelligenter Mix aus den vier Materialien Aluminium, Stahl, Magnesium und Carbon zum Einsatz. Das sind mehr Werkstoffe als bei allen Serienmodellen der Marke zuvor. Sie begründen damit eine neue Stufe der Multimaterial-Bauweise – nach dem Motto: das richtige Material an der richtigen Stelle in der richtigen Menge.  Ein besonderes Novum ist die neue Rückwand aus Carbon, die Thomas Kobsik entwickelt hat.

Herr Kobsik, was ist das Besondere an der neuen Rückwand im neuen Audi A8?

Kobsik: Aus mehreren metallischen Bauteilen des Vorgängermodells haben wir nun eine neue ultrafeste Carbon-Rückwand entwickelt, die flächenmäßig das größte Bauteil der Passagierzelle ist.  Sie trägt 33 Prozent zur Steifigkeit des Gesamtfahrzeugs bei.  Um Belastungen optimal aufzunehmen, liegen sechs bis 19 Faserlagen in unterschiedlichen Ausrichtungen übereinander.

Inwieweit trägt sie zur Leichtbauweise bei?

Kobsik: Die Rückwand aus Carbon ist im Vergleich zum aktuellen Audi A8 fünfzig Prozent leichter und gewinnt trotzdem an Steifigkeit und Festigkeit.

Im Gegensatz zum Audi Space Frame wird sie nicht im Karosseriebau, sondern erst in der Montage verbaut. Welchen Vorteil bietet das?

Kobsik: Die Rückwand kommt erst in der Endmontage ins Auto, weil sie dann schon mit allen Einbauteilen bestückt ist, beispielsweise dem Lautsprecherhalter, den Dreipunktgurten und der Mittelarmlehne.

Jan Philipp Weberpals mit dem Laser Remote-Schweißkopf.

Die Bauteile aus Aluminium, Stahl, Magnesium und Carbon werden über Verbindungstechniken zusammengefügt. Die Fertigung des neuen Karosseriebaus in Neckarsulm nutzt 14 unterschiedliche Verbindungstechniken – kein anderer Karosseriebau im Volkswagen Konzern verfügt über eine solche Breite an Fügetechniken. Als erster Automobilhersteller setzt Audi das Laserstrahl-Remoteschweißen ein, um Aluminiumlegierungen zu verbinden – das Spezialgebiet von Jan-Philipp Weberpals.

Herr Weberpals, wie funktioniert das Laserstrahl-Remoteschweißen?

Weberpals: Das Laserstrahl-Remoteschweißen von Aluminium ist eine besonders schnelle Art des Laserstrahlschweißens. Dieser Fügeprozess ist eine Kombination der bekannten Möglichkeiten des Laserstrahl-Remoteschweißens von Stahl mit den materialspezifischen Eigenschaften von Aluminium. Ein extrem schneller und verstellbarer Scannerspiegel lenkt den Laserstrahl und positioniert ihn sehr exakt und flexibel auf das jeweilige Bauteil. Dadurch wird der Wärmeflusses in dem Bauteil kontrolliert gesteuert.

Wo wendet Audi die Technologie an?

Weberpals: Bei der nächsten Generation des Audi A8 setzt Audi das Laserstrahl-Remoteschweißen erstmalig bei den Türen ein. Die einzelnen Aluminium-Bauteile werden dann in einer reinen Schweißzeit von 42 Sekunden miteinander verbunden – das ist 33 Prozent schneller als bisher. Dabei entsteht in Summe eine Schweißnahtlänge von etwa drei Metern.

Was ist der große Vorteil im Vergleich zum herkömmlichen Laserstrahlschweißen?

Weberpals: Ich bin überzeugt, dass der Kern des zukünftigen Leichtbaus darin liegt, Materialien wie Aluminium mit einer flexiblen und gleichzeitig stabilen Technologie zu verbinden. Der Spalt zwischen den zu schweißenden Teilen kann  während des Fügeprozesses festgestellt und effektiv geschlossen werden. Ebenso die Prozesseffizienz wird verbessert, da unter anderem kein zusätzlicher Schweißdraht mehr benötigt wird. Außerdem steigern wir die Prozessgeschwindigkeit und senken  durch den geringeren Energiebedarf des Laserstrahls die CO₂-Emissionen um etwa ein Viertel.

Quelle: Audi Blog