Die Zukunft von (CfK-)Leichtbau bei KfZ

[Hacky]

Da es im "i3(s) Wartesaal-Thread" zu sehr in eine Off-Topic Diskussion abglitt, ich aber glaube, dass es Interesse an dem Thema gibt, habe ich die Fragestellung hier mal ausgelagert.

Es geht um die Frage, welcher Anteil von CfK ("Carbonfaser-verstärkter Kunststoff") bei Autos in der Zukunft sinnvoll erscheint.

Als der i3 aus der Taufe gehoben wurde, verhalf ihm der konsequente Leichtbau und vor allem die CfK Fahrgastzelle ja trotz damals sehr teurer Batterien mit vergleichsweise geringer Kapazität erstmalig in der "Kleinwagen" Klasse zu Reichweiten, die ihn zumindest schon für die Stadt praxistauglich erscheinen ließen.

Später, als Batterien bei gleiche Volumen und ähnlichem Gewicht deutlich an Kapazität zulegten und gleichzeitig der Preis pro kWh Kapazität deutlich fiel, geriet der Vorteil des Leichtbaus in den Hintergrund und der dafür höhere Preis und die dadurch geringere Marge waren offenbar nicht mehr zu rechtfertigen.

Mittlerweile hat sich aus meiner Sicht das Blatt gewendet:

• Die Energiepreise eilen davon

• Die Rohstoffpreise für die Produktion von Batterien eilen davon und sie werden zugleich zunehmend Mangelware

• Das Umwelt-Besusstsein wächst

Damit rücken aus meiner Sicht auch wieder die Vorteile des Leichtbaus in den Focus. Mercedes hat ja z.B. mit dem EQXX eindrucksvoll demonstriert, was heute geht und wie man durch Leichtbau und Optimierung der Aerodynamik auch mit vergleichsweise kleiner und leichter Batterie beachtliche Reichweiten erzielen kann.

Ich freue mich heute angesichts der Energiepreis-Entwicklung mehr denn je über meine Entscheidung für ein ressourcenschonendes Fahrzeug.

Bei BMW scheint diese Erkenntnis vorerst noch nicht so recht angekommen zu sein. Bin gespannt wie ihr das seht...

P.S.: Was die Eigenschaften von CfK angeht, hier ein recht hilfreiches Datenblatt: https://www.swiss-composite.ch/pdf/i-Werkstoffdaten.pdf (vereinfacht gesagt: "1 kg CfK ersetzt 5 kg Stahl")

[bm3]

Ich sehe das genauso wie du, angesichts der aktuellen Energiepreisentwicklung müsste auch wieder der Leichtbau mehr in den Vordergrund rücken, allerdings tun die wenigsten Autohersteller momentan etwas dazu. Vielversprechende Prototypen aus der Vergangenheit auch beispielsweise bei Opel oder VW und anderen Autobauern (echte "Kleinwagen", die Definition des i3 als ein "Kleinwagen" durch BMW oder die Autoindustrie ist doch sowieso schon allein ein Witz und gehört mit zur Käufer-Manipulation) gingen bereits vor Jahren nie in den Serienbau. Stattdessen bringt man jetzt mit Vorliebe SUVs an die Frau und den Mann. Die wenigen Ansätze zum Leichtbau und echten Kleinwagen die es heute noch gibt gehen nicht mehr von den großen Autokonzernen aus, die haben das längst nach ihren Wunschvorstellungen beinflusst und wieder abgeschafft.
Beim i3 sollte auch nicht vergessen werden dass der Leichtbau nicht nur im Carbon begründet liegt, sondern es wurde das komplette Fahrgestell (der eigentliche Rahmen, der i3 hat wieder einen getrennten Rahmen) sowie auch beinahe alle Fahrwerksteile aus Aluminiumlegierungen hergestellt. Die leichte Fahrgastzelle ist dann nur das i-Tüpfelchen (kleines Wortspiel) noch oben drauf und soviel ich gelesen habe auf ausdrücklichen Wunsch der großen BMW-Aktionäre damals entstanden weil auch schon die Carbon-Fabrik in den USA vorhanden war und höher ausgelastet werden sollte.

[Hacky]

Stattdessen bringt man jetzt mit Vorliebe SUVs an die Frau und den Mann. Die wenigen Ansätze zum Leichtbau und echten Kleinwagen die es heute noch gibt gehen nicht mehr von den großen Autokonzernen aus, die haben das längst nach ihren Wunschvorstellungen beinflusst und wieder abgeschafft.

Die Autoindustrie hat uns in den letzten 30 Jahren anerzogen, dass jemand, der was auf sich hält, mindestens mit 225er Puschen und 2 - oder besser gleich 4 - dicken, chromarmierten Auspuffrohren rumfahren muss. Bei Elektrofahrzeugen halten nun Diffusoren am Heck als optischer Auspuff-Ersatz her. Außerdem muss ein standesgemäßes Fahrzeug inzwischen möglichst 2,5 Tonnen wiegen und wenn es den cW Wert einer Schrankwank hat, stört das nicht, sondern wertet es noch weiter auf.

Die Leute, die solche Trends geprägt und voran getrieben haben, gehen nun aber langsam in Rente. Ich habe die leise Hoffnung, dass am Ende nicht erst ein Krieg in Europa geschehen musste, um das Bewusstsein der Leute zu verändern. Stattdessen hoffe ich, dass die nachwachsenden Generationen solchen Trends nicht mehr folgen, sondern eigene definieren wird, die der Umwelt, dem Geldbeutel und damit uns allen weniger schaden.

Die technischen Möglichkeiten, ein Auto so zu bauen, dass es sparsam mit Ressourcen und Platz umgeht und dennoch ausreichend Nutzwert bietet und Spaß macht, gibt es längst. Leichtbau gehört dazu und da war der i3 schon auf einem guten Weg (vielleicht mal abgesehen von der polarisierenden Optik). Fehlt eigentlich jetzt nur ein anderer potenter Hersteller (auf BMW setze ich hier bis auf Weiteres nicht mehr), der die Zeichen der Zeit erkennt und vielleicht auch im Marketing eine Zugnummer daraus macht - schon ist ein neuer (Gegen-)trend geschaffen und die Leute mit ihren fetten 2,5+ Tonnern können gar nicht so schnell gucken, wie der Wert ihrer Stadtpanzer verfällt.

[noXan]

Hier eine interessante Betrachtung zum Leichtbau in der Automobilindustrie: viewtopic.php?f=69&t=80087

BMW musste mehrere Bedingungen erfüllen, damit der ökologische Fußabdruck der I3 Karosse im Rahmen blieb. Sofern die Haltedauer entsprechend lang ist, kann es dennoch sinnvoll sein. Ob eine komplette CFK Karosse jemals wieder auf den Markt kommt, halte ich für unwahrscheinlich. Einzelkomponenten definitiv. Auch Holz wird wieder im Karosseriebau eingesetzt.

Konventioneller Leichtbau wird in der Automobilindustrie grundsätzlich bei fast allen Fahrzeug betrieben, andernfalls würden die Fahrzeuge noch mehrere 100kg schwerer sein. Leider ist Leichtbau allein kein Wundermittel gegen die hohe Masse von SUV BEV.

Dass pragmatischer Leichtbau unter Berücksichtigung anderer Potentiale funktioniert und bezahlbar ist, zeigte der Hyundai Ioniq Elektro.

[Helfried]

pragmatischer Leichtbau ... zeigte der Hyundai Ioniq Elektro.

Stimmt, als Beispiel der Kofferraumdeckelgriff, hier beim Cupra Born, 270 Gramm(!), 120 Euro(!), gefühlte 10 Zentimeter Größe:
https://www.amazon.de/Seat-5FA827565ERZ ... B08HW2Z7S5

Beim Ioniq: Nicht vorhanden, bzw. nur eine unsichtbare Gummilippe.

Allerdings: das mindere Gewicht und das dadurch etwas holzklassige Feeling bringt nicht sooo viel Energieersparnis, denn das bisschen mehr, was etwa der Cupra braucht, geht zu 80 % auf die Aerodynamik bzw. die komfortablere Bauform.

[Michael_Ohl]

Wenn ich mit dem Leichtbau eines Fahrzeugs 5kWh Einspare darf das kaum mehr als 500€ kosten. 5kg Stahl kosten keine 10€ 1kg Carbongeweber mehrere hundert Euro. Das Zeug ist wahrscheinlich auch entgegen den Erwartungen von BWM durch den Einsatz in der Serie eben nicht erheblich Preiswerter geworden, sondern eher noch im Preis gestiegen.

MfG
Michael

[Hacky]

Hier eine interessante Betrachtung zum Leichtbau in der Automobilindustrie: viewtopic.php?f=69&t=80087

BMW musste mehrere Bedingungen erfüllen, damit der ökologische Fußabdruck der I3 Karosse im Rahmen blieb. Sofern die Haltedauer entsprechend lang ist, kann es dennoch sinnvoll sein.

Danke für den Hinweis auf die Arbeit - hatte ich damals übersehen, sonst hätte man sich auch an den Thread anhängen können.

Ich ziehe daraus den Schluss (siehe auch Seite 111 der gedruckten Numerierung bzw. S. 119 im PDF Reader), dass sich Leichtbau - sowohl mit Alu als auch mit CfK sehr wohl lohnt. Es hängt aber stark davon ab, mit welchem Strom-Mix der Wagen produziert und später betrieben wird - China sieht da leider schlecht aus... Wird er in Ländern mit hohem "Ökostrom" Anteil (z.B. Wasserkraft) produziert, dann geht es sehr schnell (in Österreich nach 70.000 km und in Norwegen sogar nach 40.000 km). Wenn ich es richtig erinnere, hatte BMW für das Werk in Leipzig auch extra eigene Windräder aufgestellt. Sie proklamieren, dass sie seit 2020 nur noch mit 100% Ökostrom produzieren. Damit wären also gute Voraussetzungen für eine nachhaltige Leichtbau-Produktion auf Alu- und/oder CfK-Basis geschaffen.

[AbRiNgOi]

Mit CfK lassen sich vielleicht 100kg einsparen. (180 statt 280kg). Ich denke da ist gerade im Bereich der Batterie/Umrichter/Antriebsmotor mehr drinnen, wobei diese Teile dann auch noch billiger und weniger Energie aufwendig in der Produktion werden. Ziel muss es sein, Gewicht ein zu sparen und gleichzeitig weniger Energie und Ressourcen für die Produktion zu verbrauchen. CfK frisst den größten Teil der Einsparung in der Produktion wieder auf.
Stahlfelgen sind auch nicht schwerer als sogenannte Leichtmetall Felgen weil da mehr Material dran ist, auch hier kann man Gewicht sparen wenn man statt 30kg pro Felge 21 Zoll eben nur 9kg 16 Zoll verbauen würde hat man schon fast die 100kg wieder beisammen.
Sogenannter "grüner" Stahl wird das Fahrzeug um 800 bis 1000€ teurer werden lassen, dafür aber fällt viel weniger (kein?) CO2 in der Produktion an und das Material ist zu 100% recycelbar. https://www.handelsblatt.com/unternehme ... 69380.html (natürlich wird wieder um Förderungen gerufen...)

Daher: Statt CfK lieber 16 Zoll Reifen, ist genauso gut und billiger.

[Hacky]

Sicherlich steckt auch in den Rädern noch weiteres Potenzial. "Stahl statt Alu" wird da aber nicht einfach die Lösung sein. Dass Alufelgen heute so viel mehr Material und damit auch Gewicht haben, liegt sicherlich eher an Ansprüchen an die Optik. Die Winterräder meines früher gefahrenen 5ers sahen aus, wie Stahlfelgen (einfach eine gewölbte Fläche mit Löchern drin), waren aber tatsächlich auch aus Alu und leichter als vergleichbare Stahlfelgen.

Darüber hinaus haben große Durchmesser auch andere (nicht nur optische) Vorteile. Es müssen dann aber eben nicht breite 195er (wie beim i3s) sein, sondern - wenn es um niedrigeres Gewicht und niedrigeren Luft- und Rollwiderstand geht - doch eher 175er oder 155er. Natürlich auch wieder mit Abstrichen bei der (bislang anerzogenen) Optik.

[noXan]

Hier eine interessante Betrachtung zum Leichtbau in der Automobilindustrie: viewtopic.php?f=69&t=80087

BMW musste mehrere Bedingungen erfüllen, damit der ökologische Fußabdruck der I3 Karosse im Rahmen blieb. Sofern die Haltedauer entsprechend lang ist, kann es dennoch sinnvoll sein.

Danke für den Hinweis auf die Arbeit - hatte ich damals übersehen, sonst hätte man sich auch an den Thread anhängen können.

Ich ziehe daraus den Schluss (siehe auch Seite 111 der gedruckten Numerierung bzw. S. 119 im PDF Reader), dass sich Leichtbau - sowohl mit Alu als auch mit CfK sehr wohl lohnt. Es hängt aber stark davon ab, mit welchem Strom-Mix der Wagen produziert und später betrieben wird - China sieht da leider schlecht aus... Wird er in Ländern mit hohem "Ökostrom" Anteil (z.B. Wasserkraft) produziert, dann geht es sehr schnell (in Österreich nach 70.000 km und in Norwegen sogar nach 40.000 km). Wenn ich es richtig erinnere, hatte BMW für das Werk in Leipzig auch extra eigene Windräder aufgestellt. Sie proklamieren, dass sie seit 2020 nur noch mit 100% Ökostrom produzieren. Damit wären also gute Voraussetzungen für eine nachhaltige Leichtbau-Produktion auf Alu- und/oder CFK-Basis geschaffen.

Seh dir die Arbeit in einer ruhigen Stunde genauer an. Aus der Arbeit geht vieles hervor, insbesondere dass Leichtbau in Verbindung mit einem elektrischen Antrieb viel bringt. Dabei darf man aber nicht außer acht lassen, dass die Referenz zumeist ein ICE mit Stahlkarosse ist, und der Vorteil fast vollständig auf den elektrischen Antrieb zurückzuführen ist. Darauf geht der Autor auch ein:

Für die Vergleiche in Abbildung 49 bis Abbildung 51 wird als Referenz ein Fahrzeug
mit Elektromotor und Stahlkarosserie verwendet. Diese wird mit Leichtbauvarianten
verglichen, die ebenso mit einem Elektromotor betrieben werden. Die elektrische
Energie, welche für das Laden der Fahrzeuge nötig ist, wird aus dem EU-Stromnetz
bezogen. Es wird daher zur Berechnung des CO2-Ausstoßes der CO2-Faktor des
oben erwähnten Stromnetzes verwendet.
In allen drei Zyklen findet keine Amortisation des zusätzlichen CO2-Ausstoßes der
Leichtbauvarianten innerhalb des gewählten Nutzungsdauerbereichs statt. Dies ist
auf den geringen CO2-Ausstoß des elektrischen Antriebes zurückzuführen. Da die
elektrische Energie aus dem EU-Stromnetz bezogen wird, führt dies zu einem weit
aus geringerem CO2-Ausstoß pro Kilometer. Dadurch ist die absolute Einsparung an
Masse CO2 auf Grund der Fahrzeugmassenreduktion geringer als bei der Variante
mit Benzinmotor


Beim Vergleich des CO2-Einsarungspotenzial von Antriebsstrang und
Leichtbaukarosserie kann gesagt werden, dass durch einen Antriebsstrangwechsel
das Einsarungspotenzial wesentlich höher ist als durch eine Leichtbauvariante. Zum
Beispiel sparen sowohl ein Elektroauto, welches mit dem EU-Strom-Mix geladen
wird, und dessen Leichtbaukarosserie unter Verwendung des EU-Strom-Mixes
hergestellt wird, als auch ein Benzinfahrzeug mit Leichtbaukarosserie, gegenüber
dem entsprechenden Fahrzeug mit Stahlkarosserie CO2 ein, sinnvoller wäre es
jedoch, den Benzinmotor durch einen Elektromotor zu ersetzen.
Unter Berücksichtigung der Art des Antriebsstranges ist weiter festzustellen dass je
geringer der CO2-Ausstoß über die Nutzungsdauer ist, desto stärker ist die
Forderung Energieformen mit geringer CO2-Emission zur Herstellung von
Leichtbaukarosserien zu verwenden wird.
Ausgehend vom, in der Auswertung angeführten, Referenzfahrzeug mit Benzinmotor,
ist bei einer Substituierung des Antriebs durch ein Alternativkonzept, auf die Wahl
des Leichtbaukonzeptes zu achten. Je geringer der CO2-Ausstoß des Antriebes über
die Nutzungsdauer ist, desto eher ist der Einsatz einer Aluminiumkarosserie
sinnvoller als jener einer CFK-Karosserie. Bei CFK-Karosserien hat zusätzlich der
Schlussfolgerung und Ausblick
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Faserherstellungsprozess einen gravierenden Einfluss darauf, ob eine
CO2-Einsparung über den Lebenszyklus überhaupt möglich ist