„Wir gehen jetzt an die Atome ran“

© Daniel George

Oliver Schauerte, Forschungsleiter für Werkstoffe und Fertigungs­verfahren im Volkswagen-Konzern, über Trends im Leichtbau, Waffenscheine für Produktioner und das nächste große Ding bei den Werkstoffen.

Herr Schauerte, aus welchen Werkstoffen wird der VW Golf von 2025 bestehen?

Hauptsächlich aus Stahl, so wie das heutige Modell auch schon. Ich persönlich glaube: Der Stahl hat eine große Zukunft vor sich. In kaum einer Werkstoffgruppe sehe ich aktuell eine so große Dynamik wie bei den Stählen. Da tut sich einiges. Früher konnte man sich höhere Festigkeit nur mit einem höheren Kohlenstoffgehalt und einem Verlust an plastischer Verformbarkeit — also an Duktilität — erkaufen.

Heute gibt es Stahllegierungen mit Mangan, Bor und Silizium, die sogenannten TWIP- und TRIP-Stähle, und weitere Entwicklungen. Da müssen wir diesen Kompromiss nicht mehr machen. Sie überzeugen durch hohe Festigkeit, kombiniert mit hoher Duktilität. Das macht sie speziell für den Karosseriebau interessant. 

Und was ist mit dem Trend zu mehr Materialmix, von dem alle Welt spricht?

oliver-schauerte-vw-head-of-materials-research-and-manufacturing

Oliver Schauerte ist Forschungsleiter für Werkstoffe und Fertigungsverfahren im Volkswagen Konzern. Für ihn sind Sandwichwerkstoffe der Trend der Zukunft. (Foto | Daniel George)

Den gibt es — ganz klar! Aber Sie haben mich nach dem VW Golf gefragt. Die Einführung neuer Werkstoffe funktioniert meist von oben nach unten, also von den Modellen höherer Preissegmente hin zu den mittleren und kleinen. In den unteren Preissegmenten wird Stahl noch sehr lange der dominierende Werkstoff bleiben; Aluminium- und Magnesium­anwen­dungen werden dort verstärkt hinzukommen.

Wenn Sie sich jedoch einen Bugatti Veyron anschauen, besteht der heute schon aus Edelstählen, hoch legiertem Aluminium, Titan, Kohlenstofffaserverbundstoffen und Magnesium. Je weiter man die Segmente hinabschreitet, desto mehr Stahl wird man finden. Aber in jedem Preissegment gilt: Neue Modelle werden immer eine höhere Materialvielfalt haben als ihre Vorgänger, auch beim Golf. Ich kann Sie also beruhigen: Der Trend zum Multimaterialmix geht weiter. 

Multimaterialmix ? Auf jeden Fall. Aber auch der Stahl hat noch eine große Zukunft.

Warum geht die Einführung neuer Werkstoffe nur von oben nach unten?

Zum einen sind es die Kosten der Leichtbauwerkstoffe an sich, zum anderen die Produktionsprozesse, die wir immer optimal auf den jeweiligen Werkstoff abstimmen. Der Aufwand, neue Werkstoffe einzuführen, ist direkt abhängig von den produzierten Stückzahlen. Je kleiner die Stückzahl, je geringer die Zahl der Produktionsstandorte, desto extremer können wir im Leichtbau werden. Im Volkswagen-Konzern haben wir die einmalige Situation, ein komplettes Sortiment abzubilden: von einem Bugatti Veyron über den Audi A6 bis zu den ganz großen Stückzahlen bei Seat und Volkswagen. Wir reichen das Werkstoff-Know-how von einer Marke zur anderen weiter.

Auf welche Baugruppen werden sich die verschiedenen Werkstoffe verteilen?

Es wird mehr Aluminium geben, aber nicht unbedingt dort, wo man es erwartet. Also nicht nur im Karosseriebau, sondern eher in Strukturen, zum Beispiel in Anbauteilen oder im Getriebe. Auch der Motor, die Nebenaggregate und die Verrohrung bieten Potenzial. Bei den Hang-ons, also zum Beispiel bei Türen und Kofferraumklappen, sehe ich langfristig gute Chancen für Magnesium und Hochleistungskunststoffe. Diese Bauteile lassen sich in der Regel getrennt vom eigentlichen Karosseriebauprozess fertigen. Lackier- und Korrosionsschutzprozesse können somit bei anderen Temperaturen durchgeführt werden.

ZUR PERSON

Alternative Materialien sind der rote Faden in Oliver Schauertes Leben. Er promovierte über Hoch­tempe­ratur­ermüdung einer Titan­legierung. 1998 startete Schauerte in der VW­ Forschung und war schnell Projekt­leiter für Titan und Sonder­werk­stoffe. Schauerte leitete bei Bugatti die Entwicklung im Leicht­bau und leitete bei Audi die Technologie­ und Eigenschafts­entwicklung für Faser­verbund­stoffe. Seit 1. Mai 2015 ist er Forschungs­leiter für Werkstoffe und Fertigungs­verfahren im Volkswagen Konzern.

Und wie geht es mit Faserverbundwerkstoffen weiter?

CFK und Co. sind rein von ihrer Leistungsfähigkeit her fast überall einsetzbar. Bei sportlichen Modellen kann ich mir bei den Hang-ons in Zukunft mehr Glasfaser- und Kohlenstofffaserverbundstoffe vorstellen. Wenn es um flächige Bauteile geht, sind Faserverbundwerkstoffe die leichteste Lösung.

Bei Supersportwagen wie dem Lamborghini Aventador besteht das Monocoque komplett aus CFK. Aber für die große Masse wird CFK auch auf lange Sicht zu teuer bleiben. Auch deswegen, weil sich CFK-Bauteile nur aufwendig, manchmal sogar gar nicht reparieren lassen. CFK gilt zwar als Speerspitze im Leichtbau, stellt aber hinsichtlich anderer Anforderungen oft nicht die optimale Lösung dar. Die CFK-Hersteller haben das Werkstoffspektrum im Automobilbau erweitert und so die klassischen Stahl- und Aluminiumhersteller motiviert, ihrerseits Innovationen voranzutreiben. Das hat den Materialmarkt unglaublich beflügelt.

Wir wollen Werkstoffe regelrecht designen.

Wie werden Sie diese ganzen Werkstoffe fügen?

Fügetechniken kann man grob in drei Kategorien einteilen: mechanische, chemische, also zum Beispiel Kleben, und thermische, zum Beispiel Schweißen. Zu allen Verfahren stellen wir umfassende Forschungen an, wir sind nicht festgelegt. Aber ich kann sagen, dass Reibrührschweißen für Stähle mit deutlich unterschiedlicher Festigkeit für uns eine Rolle spielen wird. Auch das Nieten hat in Kombination mit Kleben eine ganze Reihe von Vorteilen.

Eine Herausforderung ist zum Beispiel, dass es nicht zu Wärmeverzug kommt, wenn man etwa CFK mit Stahl oder Aluminium verbindet. Beim Nieten höchstfester Stähle tritt allerdings langsam ein kurioses Problem auf: Dadurch, dass die Stähle immer fester werden, müssen wir die Setzgeschwindigkeit für die Niete erhöhen. Da kommt uns das Schusswaffengesetz in die Quere. Für Geschosse mit mehr als 30 Metern pro Sekunde sind strenge Schutzmaßnahmen vorgeschrieben, also müssten unsere Forschungsmitarbeiter über einen Waffenschein verfügen. In der Werkshalle will man so etwas nicht unbedingt haben.

Welche Rolle werden Laserverfahren spielen?

Laserschweißen ist bei uns ein wegweisendes Verfahren. Vor allem von den neuen Möglichkeiten im Remote schweißen erwarten wir uns noch einige Effizienzsteigerungen im Produktionsprozess. Beim Kleben und bei der Kombination von Nieten und Kleben brauchen wir den Laser, um die Oberflächen vorzubehandeln. Und wenn die Einsatzvolumina von Faserverbundwerkstoffen weiter steigen, kann dort für uns der Laser als Schneidwerkzeug interessant werden.

Welche Veränderungen erwarten Sie bei den heute gängigen Leichtbauwerkstoffen?

In der Weiterentwicklung von Aluminium scheint man derzeit an die Grenzen zu kommen — der Fortschritt vollzieht sich eher in kleinen Schritten. Forschungsbedarf besteht hier eher bei den Verarbeitungsprozessen, also bei der Frage: Wie können wir kosteneffizient die Bauteile herstellen und im Mischbau fügen, ohne die Materialeigenschaften zu verschlechtern? Bei Faserverbundwerkstoffen wünsche ich mir, dass die Hersteller die Kosten pro Bauteil noch senken.

Wenn ich an die Zukunft denke, träume ich davon, die physikalischen Eigenschaften der Strukturwerkstoffe zu ändern.

Woran forschen Sie gerade?

Unter anderem schauen wir uns genau die Physik an. Wir arbeiten an quantenmechanischen Simulationen, die die Interaktion verschiedener Metalle auf atomarer Ebene abbilden. Wir wollen wissen, wie optimale Legierungen und metallische Werkstoffe aufgebaut sein sollten.

Wie bitte? Sie schauen sich die Atome an?

vw-oliver-schauerte-head-of-materials-research-and-manufacturing

Oliver Schauerte ist davon überzeugt, dass Hybrid- und Sandwichwerkstoffe der Trend der Zukunft sind. (Foto | Daniel George)

Genau das. Wir haben heutzutage noch einen erfahrungsbasierten Entwicklungsprozess von Werkstoffen. Salopp formuliert heißt das, man hat eine Aluminiumlegierung und fügt ein bisschen Element x und ein wenig Element y hinzu und schaut mal, wie sich die Legierung verhält. Das ist uns zu ungenau. In Zukunft wollen wir vorher simulieren, welchen Einfluss die Beimischung bestimmter Elemente auf das Werkstoffverhalten haben wird. Dazu müssen wir wissen, wie die Atome miteinander agieren. Wir wollen also Werkstoffe regelrecht designen.

Was für Werkstoffe wird es in Zukunft geben? Was ist das nächste große Ding?

Ich bin davon überzeugt, dass Hybrid- und Sandwichwerkstoffe der Trend der Zukunft sind. Nehmen Sie Metalle: Bei Strukturwerkstoffen haben wir im Autobau nur vier Basiselemente zur Auswahl: Eisen, sprich Stahl, Aluminium, Magnesium und Titan. Alle anderen Elemente sind stets mindestens einem dieser Elemente unterlegen. Das ist nicht viel.

Sandwichwerkstoffe sind der Trend der Zukunft.

Auch durch Legieren kann man die physikalischen Eigenschaften dieser vier Metalle — etwa die Steifigkeit — kaum beeinflussen. Wenn ich mir was wünschen dürfte, dann würde ich gerne die physikalischen Eigenschaften dieser Stoffe ändern können. Das schafft man nur, wenn man sie mit anderen verheiratet: Aluminium mit Faserverbundwerkstoffen, Stahl mit Kunststoff, Gusslegierungen mit Keramik- oder Siliziumpartikeln. Solche neuen Werkstoffgruppen sehe ich kommen.

Bitte füllen Sie folgende Felder aus: Kommentar, Name & E-Mail-Adresse (Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht).