Neue gesetzliche Regelungen wie der ab 2012 EU-weit für Neuwagen geltende mittlere Emissionsgrenzwert von 130 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer waren und sind auch eine große Herausforderung für die zuliefernde Stahlindustrie. Thyssenkrupp hat mit innovativen Produkten und Technologien aber reagiert: Hochfeste Stähle, Sandwich-Werkstoffe und das konzernübergreifende Projekt „Incar“ waren gute Antworten aus dem Ruhrgebiet. AutomobilKONSTRUKTION sprach mit Dr. Ulrich Jaroni über Ergebnisse aus den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen.
Herr Doktor Jaroni, seit Erfindung des Autos hat man wohl nicht mehr so intensiv über die Zukunft der Mobilität diskutiert wie in unseren Tagen. Neue Antriebe stehen zur Debatte, neue Materialien, neue Mobilitätskonzepte – wohin geht in diesem Zusammenhang die Reise für den Werkstoff Stahl?
Jaroni: Stahl ist im Automobilbau unverzichtbar. Ein Pkw besteht heute zu mehr als 50 Prozent aus Stahl, auf die Karosserie bezogen beträgt der Anteil durchschnittlich sogar mehr als 95 Prozent. Höher- und hochfeste Stähle sind die mit Abstand erfolgreichsten Leichtbau-Werkstoffe der vergangenen Jahre. Die Stähle überzeugen durch hohe Festigkeiten bei gleichzeitig guten Umformeigenschaften, das heißt, sie ermöglichen nennenswerte Gewichtseinsparungen und lassen sich gleichzeitig gut verarbeiten.
Was tun Sie, damit Stahl auch künftig gut positioniert bleibt? Welche Eisen haben Sie im Feuer?
Jaroni: Das Potenzial unseres Werkstoffs ist noch lange nicht ausgereizt: Eine aktuelle Entwicklung bei Thyssenkrupp Steel Europe ist zum Beispiel ein Sandwich-Werkstoff, bei dem zwei hauchdünne Stahlbleche einen Kunststoffkern umschließen. Das Material ist unter anderem für flächige Außenhaut- und Innenteile geeignet. Es tritt dort in direkte Konkurrenz mit dem Werkstoff Aluminium. Unser Ziel ist, dass Modullösungen aus dem neuen Material mindestens 30 Prozent weniger kosten und dabei höchstens zehn Prozent schwerer sind als vergleichbare Aluminiumlösungen. Wir haben soeben in Dortmund eine Pilotanlage für den Verbundwerkstoff in Betrieb genommen. Dort wird zurzeit Material für Prototypen und erste Kleinserien für unsere Kunden produziert.
Leichtbau bleibt also oberstes Entwicklungsziel?
Jaroni: Leichtbau bei weiter verbesserter Sicherheit und hoher Wirtschaftlichkeit. In diesem Spannungsfeld operieren schließlich auch unsere Kunden. Deshalb erleben zum Beispiel die mit Mangan und Bor legierten Stähle derzeit einen Boom. Die Werkstoffe werden im Hot Forming-Verfahren verarbeitet und ermöglichen höchste Bauteilfestigkeiten. Hier bringen wir gerade einen neuen Stahl auf den Markt, der eine nochmals um mehr als 25 Prozent gesteigerte Festigkeit besitzt. Das bedeutet unter anderem mehr Schutz für die Insassen bei weiter verringertem Bauteilgewicht. Allerdings entwickeln wir nicht nur unsere Werkstoffpalette ständig weiter, sondern auch Fertigungsmethoden für Bauteile aus Stahl. Hier ist die Warmumformung ebenfalls ein gutes Beispiel: Aus unserer Forschung stammt ein neues Verfahren, das Hot Forming-Bauteilen nicht nur hohe Festigkeiten, sondern auch genau definierte Dehnungseigenschaften verleiht. Solche Bauteile können Crashenergie gezielt abbauen.
Ein Stahlhersteller, der sich über Bauteilfertigung Gedanken macht – wie kommt das bei Ihren Kunden an?
Jaroni: Unsere Kunden erwarten nicht nur Stahl von uns, sondern wirtschaftlich und fertigungstechnisch abgesicherte Lösungen aus Stahl. Davon, also von Innovationen mit hohem Reifegrad, lebt ja auch das Incar-Projekt des Thyssenkrupp-Konzerns, an dem Thyssenkrupp Steel Europe maßgeblich beteiligt ist.
Wir als Stahlhersteller wollen nicht nur leistungsfähige Werkstoffe anbieten, sondern auch Wege aufzeigen, wie man diese erfolgreich einsetzt. Ein Beispiel ist die profilintensive Bauweise. Hiermit lässt sich das Potenzial moderner Leichtbau-Stähle noch besser nutzen als mit konventionellen Schalenkonstruktionen. Hohlprofile bieten unter anderem eine bessere Strukturperfomance, etwa im Hinblick auf Crash- und Torsionseigenschaften, als konventionelle Schalenbauteile. Deshalb entwickeln wir auch hier die Technologie für die Bauteilfertigung weiter. Aber auch für die Schalenbauweise haben wir bei Incar weitere Optimierungen auf Basis hoch- und höchstfester Stähle erarbeitet.
Stichwort Incar: 2009 haben Sie die Ergebnisse der Forschungs- und Entwicklungsinitiative vorgestellt. Wie nehmen Ihre Kunden das auf?
Jaroni: Sehr positiv: Wir sind durch eine Fülle gemeinsamer Projekte mit den Kunden in die Entwicklung kommender Modellgenerationen eingebunden. Es gibt erste Serienaufträge, zum Beispiel für B-Säulen, die in dem für Thyssenkrupp Steel Europe patentierten ‚Tailored Tempering‘-Verfahren produziert werden. Aufträge für Fahrwerk- und Antriebslösungen gingen an Schwesterunternehmen aus der Business Area Components Technology des Thyssenkrupp-Konzerns. Außerdem dürften in naher Zukunft eine ganze Reihe neuer Modelle mit innovativen Leichtbau-Stählen aus dem Incar-Projekt unterwegs sein. Auf großes Interesse stößt auch der bereits erwähnte Sandwich-Werkstoff.
Derzeit drängen Leichtbau-Werkstoffe wie kohlenstoff- oder glasfaserverstärkte Kunststoffe auf den Markt. Wie schätzen Sie diese Entwicklung ein?
Jaroni: Wir glauben nicht, dass GFK oder CFK Stahl ersetzen werden. Schließlich sprechen nicht nur die bereits beschriebenen Eigenschaften, sondern auch Wirtschaftlichkeit und Klimaschutz für unser Material. Die von Ihnen angesprochenen Werkstoffe sind derzeit um ein Vielfaches teurer als Stahl. Und was den Klimaschutz angeht: Bei der Produktion mit Stahl konkurrierender Werkstoffe werden Mengen an CO2 frei, die sich durch mögliche Gewichtsvorteile im Fahrbetrieb in vielen Fällen nicht kompensieren lassen. Das heißt, die Benzin- und CO2-Einsparungen in der gesamten Nutzungsphase reichen nicht aus, um die Emissionen bei der Produktion auszugleichen.
Für den Gesetzgeber sind Klima schonende Autos solche, die im Fahrbetrieb wenig CO2 emittieren. Sehen Sie das anders?
Jaroni: Wir sehen das ganzheitlicher. Die Klimadebatte beim Individualverkehr konzentriert sich zu sehr auf die Nutzungsphase eines Autos. Das blendet bedeutende weitere Emissionsquellen aus. Letztlich wird wirksamer Klimaschutz so verhindert. Eine realistische und faire Betrachtung muss die CO2-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus, beginnend bei der Rohstoffgewinnung über Produktion und Nutzungsphase bis zum Recycling, berücksichtigen. Bei einer solchen Sichtweise haben moderne Stahllösungen eine bessere Klimabilanz als Kunststoffe oder CFK und sind mindestens gleichwertig mit Aluminium. Das ist in mehreren unabhängigen Studien dokumentiert. Nimmt man dann noch die deutlich geringeren Kosten von Stahl hinzu, ist unser Werkstoff erste Wahl für wirksamen Klimaschutz, und zwar über die ganze Breite der automobilen Produktpalette.
Dass sich CFK und GFK derzeit so großer Aufmerksamkeit erfreuen, hat mit der Fülle an laufenden Elektromobilitätsprojekten zu tun. Spielt Elektromobilität auch für Ihr Unternehmen eine Rolle?
Jaroni: Ja, das Thema ist wichtig für uns. So ist Thyssenkrupp Steel Europe einer der weltweit größten Hersteller von kornorientiertem Elektroband. Das ist eine spezielle Stahlsorte für Elektromotoren. Sie wird auch für die Antriebe von Hybrid- oder Elektroautos gebraucht. Diese Systeme stellen deutlich höhere Ansprüche als herkömmliche Elektromotoren in Industrieanwendungen. Uns ist es gelungen, den Werkstoff entsprechend weiterzuentwickeln und so den Wirkungsgrad elektrischer Antriebe deutlich zu erhöhen. Wirtschaftlich ist das Thema für uns sehr interessant: Je nach Auslegung braucht man pro Elektrofahrzeug etwa 40 bis 100 Kilogramm Elektroband für den Motor. Natürlich wollen wir das Thema auch konzeptionell voranbringen. Der Thyssenkrupp Konzern ist in der Nationalen Plattform Elektromobilität vertreten, die die Bundesregierung berät. Thyssenkrupp Steel Europe ist engagiert in mehreren Entwicklungsprojekten mit Automobilherstellern und -zulieferern, Hochschulen und Forschungsinstituten. Dort werden Elektromobilitäts-Konzepte für die Groß-, Mittel- und Kleinserie entwickelt. Der Materialmix reicht von der Ganzstahllösung bis hin zu Verbundlösungen mit Kunststoff oder mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Wir bringen mit unseren Fachleuten wichtiges Werkstoff-Know-how in diese Projekte ein, so dass wir unseren Kunden auch bei diesem Thema ein verlässlicher Partner sein werden.
Thyssenkrupp; Telefon: 0203 52-45185; E-Mail: bernd.overmaat@thyssenkrupp.com
Fotos: Rainer Kaysers
Das Interview führte Hans-Ulrich Tschätsch, freier Journalist in Oberhausen
„Aus unserer Forschung stammt ein neues Verfahren, welches Hot Forming-Bauteilen nicht nur hohe Festigkeiten, sondern auch genau definierte Dehnungseigenschaften verleiht. Solche Bauteile können Crashenergie gezielt abbauen“
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