Hans-Willi Raedt, Hirschvogel Automotive

Hans-Willi Raedt: "Wir müssen mit dem Anwender zum richtigen Zeitpunkt diskutieren dürfen."

AUTOMOBIL PRODUKTION: Die “Initiative Massiver Leichtbau”, deren Sprecher Sie sind, lenkt den Blick auf das Leichtbaupotenzial von Bauteilen und Komponenten insbesondere für das Fahrwerk und den Antriebsstrang. Warum dieser Fokus?
Bisherige Leichtbau-Projekte – meist von Stahl- oder Fahrzeugherstellern – befassen sich ausschließlich mit der Karosserie und mit blechbasierten Leichtbaulösungen oder mit Leichtbau durch systemische Ansätze, etwa Downsizing. Das Leichtbaupotenzial von massiv umgeformten, also geschmiedeten Komponenten im Antriebsstrang und beim Fahrwerk wird bisher meist vernachlässigt. In der „Initiative Massiver Leichtbau“ zeigen Stahlherstellungs- und Massivumformbranche konstruktive, werkstoff- und fertigungstechnische Konzeptideen für den Automobilbau.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Es gibt die Ansage, durch Optimierungen bei Fahrwerk und Antriebsstrang sei eine Gewichtseinsparung von mindestens 39 Kilogramm bei einem Mittelklasse-Fahrzeug erzielbar. Wie kommt dieser Wert zustande?
Unser 1"740 Kilogramm schweres Referenzfahrzeug ist mit einem 125 kW starken Zweiliter-Turbodieselmotor, Doppelkupplungsgetriebe und Allradantrieb ausgestattet. In der Gesamtgewichtsbilanz schlagen der Antriebsstrang mit knapp 399 Kilogramm zu Buche, das Fahrwerk mit 285 Kilogramm. Wissenschaftler der Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen Aachen fka haben das Fahrzeug im Rahmen der Studie „Leichtbaupotenziale massivumgeformter Komponenten im Pkw“ systematisch demontiert, dokumentiert und erfasst. Bei drei Hands-on Workshops mit 65 Experten aus 30 Unternehmen und Forschungsgesellschaften wurden insgesamt 399 Leichtbau-Ideen gesammelt. Im Antriebsstrang wurde dabei eine mögliche Gewichtseinparung von 25,5 Kilogramm verortet, beim Fahrwerk von 13,5 Kilogramm. Wenn wir die fortschrittlichsten dieser Ideen über das gesamte Fahrzeug aufsummieren, dann gelangen wir sogar zu 42 Kilogramm Gewichtseinsparung. Diese Größenordnung ist realistisch, aber immer noch konservativ gerechnet. Der Wert beziffert auch zunächst ein Primär-Potenzial, wobei für jede Leichtbaupotenzial-Idee auch die mögliche Kostenentwicklung und der Umsetzungsaufwand abgeschätzt wurden. Mögliche sekundäre Leichtbaueffekte sind aber nur bei einer einzigen Idee berücksichtigt worden. Die weiteren sekundären Potenziale zu identifizieren und zu bewerten fällt in die Kompetenz der Fahrzeug- und Systemhersteller.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Wie verteilen sich die Leichtbaupotenziale mit Blick auf die Werkstoffe, die Verfahrens- und die Konzeptionsseite?
Ungefähr 75 Prozent der Ideen beinhalten adaptierte Kons-truktionen und basieren auf dem Einsatz der großserientauglichen Massivumformung, etwa 33 Prozent beziehen sich auf einen alternativen Werkstoffeinsatz. Natürlich gehen dann die Gestaltung des Bauteils und auch die fertigungstechnische Realisierung stark Hand in Hand. Wir müssen in der Umformtechnik Hinterschnitte vermeiden, um entformen zu können. Wir müssen gewisse umformtechnische Restriktionen beachten. Es gibt aber auch umformtechnische Potenziale, die heute gar nicht gehoben werden. Beispielsweise der Wechsel von runden Bauteilen auf Formbauteile, wo dann auf einen Schlag eine wesentliche Gewichtseinsparung möglich ist.
Bei den konzeptionellen Ansätzen geraten Massivumformer natürlich auch oft an eine Hemmschwelle. Nehmen wir die Frage, um wieviel leichter ein Getriebe werden kann, wenn man mit um 10 Prozent stärker belastbareren Zahnrad- und Wälzlagerwerkstoffen arbeiten kann. Darauf fanden wir in der Projektgruppe noch keine konkreten Antworten. Da sind wir zu wenig in der Getriebetechnik.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Ist das Potenzial der Werkstoffseite mit 33 Prozent schon ausgereizt?
Wir haben gehofft, aus dem Bereich der Werkstoffe für den massiven Leichtbau noch etwas mehr Potenzial zu holen. Zwischen Stahlhersteller und der automobilen Anwendung sind mittlerweile viele Zwischenstufen geschaltet. Es bedarf der Kompetenzen aller Beteiligten an der Bauteilentstehung und -anwendung, um die Systemanforderung auf den Stahl zu reflektieren, oder die Auswirkungen des Stahls auf das System zu bewerten. Damit wurde es im Projekt schwierig, die werkstofflichen Ideen auch als Leichtbaupotenzial zu quantifizieren. Gerade in diesen Tagen wird der letzte integrierte Konzern, der die Kompetenzen von der Stahlerzeugung bis in die Komponentenauslegung und -herstellung beherrscht, zerschlagen. Wir denken, dass im Referenzfahrzeug noch mehr werkstoffliche Potenziale schlummern, als wir in unserer Studie aufdecken konnten.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Wie schlägt sich der „massive Leichtbau“ konkret in Bauteilen nieder?
Betrachten wir den Motor: Wird ein Kurbelwellenlager beispielsweise nicht mehr gegossen, sondern geschmiedet, ergibt sich neben einer belastungsoptimierten Struktur eine Gewichtsreduzierung um 25 Prozent. Werden für Pleuel festere Schrauben verwendet, kann der Gewindedurchmesser von M8 auf M7 reduziert werden. In Verbindung mit einer Verringerung der Dicke und Breite der Pleuel kann die Massereduzierung des gesamten Motors ein Kilogramm erreichen – dies ist das Beispiel mit Einbeziehung der Sekundäreffekte.
Beispiel Getriebe: Eine Verringerung der Wandstärken eines Stirnrads in niedrig belasteten Bereichen führt zu 51 Prozent Massenreduzierung. Im weiteren Antriebsstrang: Antriebsflansche lassen sich je um 21 Prozent „erleichtern“, wenn man ihnen eine nicht-rotationssymmetrische Außenform verleiht, Taschen einschmiedet, die Innenkontur tiefer führt und den gehärteten Lagersitz nicht rund ausführt.

Zur Person
Dr.-Ing. Hans-Willi Raedt (43), promovierte nach dem Studium der Metallurgie & Werkstofftechnik am Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen. Seit 2002 ist er bei dem auf die Massiv-umformungstechnologie spezialisierten Automobilzulieferer Hirschvogel Automotive Group an dessen Stammsitz im bayerischen Denklingen tätig. Er übernahm dort zunächst die Abteilung Forschung und Entwicklung. Ab 2009 leitete Raedt dann die neu geschaffene Abteilung Product Development. Seit April 2012 ist er Vice President für den Bereich Advanced Engineering. Hans-Willi Raedt ist Sprecher der im Februar 2013 gegründeten Initiative Massiver Leichtbau (www.massiverLEICHTBAU.de)

AUTOMOBIL PRODUKTION: Um Effekte zu erzielen, muss man ja im Regelfall erst einmal investieren. Konkret: Was kostet ein Kilogramm Leichtbau?
Das hängt sehr stark vom jeweiligen Bauteil ab und von der Konstellation, ob dieses Bauteil eine Schnittstelle bedient oder in sich optimiert werden kann, ohne dass weitere Randbedingungen beachtet werden müssen. Aus meiner Sicht ist das Engineering der größte Kostenfaktor, der die Umsetzung von Leichtbau bestimmt. Deswegen sind Leichtbauvorschläge des Zulieferers aus der Werkstoff- oder Fertigungstechnik besonders wirksam und besonders kostengünstig umsetzbar, wenn sie in einer frühen Phase der Bauteilgestaltung mit einfließen, in der das Engineering sowieso betrieben wird. Wir brauchen keine grundsätzliche Anfangsinvestition, um Leichtbau durchzuführen. Sondern wir müssen mit dem Anwender die jeweilige Komponente zum richtigen Zeitpunkt diskutieren dürfen.
Bei den einzelnen Komponenten gibt es Leichtbauvorschläge, die sind kostenneutral zur vorherigen Geometrie- und Materialausführung oder sogar preiswerter, weil sich beispielsweise Stahl einsparen lässt oder sich der Fertigungsprozess verkürzt, zum Beispiel durch Einsparen separater Wärmebehandlungsvorgänge bei Verwendung moderner Werkstoffe. Es gibt also einige Vorschläge, die sind kostenneutral, andere werden mit einigen Cent pro Bauteil zu Buche schlagen.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Dem frühzeitigen Dialog mit dem Anwender muss ja eine konstruktive Kommunikation innerhalb der Leichtbau-Initiative vorausgehen. Wie ist das innerhalb des Konsortiums organisiert, um das Thema weiter zu befördern?
Das Projekt Massiver Leichtbau vereint unter Federführung des Industrieverbands Massivumformung (IMU) und des Stahl-Instituts VDEh 15 Unternehmen der Massivumformung und neun Stahlhersteller. Es ist von der Anzahl der Teilnehmer und dem multilateral finanzierten Budget das mit Abstand bisher größte Projekt in dieser Konstellation in der Langmaterial- und Schmiedebranche. Die Kommunikation startete beim Projekt Kick-off im Februar 2013, intensivierte sich bei den drei Workshops, die zwischen Mai und August 2013 durchgeführt wurden, und kulminierte bei der Abschlussveranstaltung am 24. Oktober. Natürlich treiben wir den Austausch jetzt weiter voran, beispielsweise in einem Forschungsverbund, wo wir zehn Hochschul­institute dabei haben, und 47 Patenfirmen, die dann in Patengruppen der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen rund um diese Projekte in großen Konsortiumstreffen auch wieder zusammenkommen werden. In diesen Verbund-Forschungsprojekten sind jetzt schon einige Anwender wie ZF und Schaeffler dabei. Hier sind dann die Konstellationen aber auch die vertragliche Gestaltung durch einen öffentlichen Fördermittelträger gewährleistet. Da gibt es also viel weniger Diskussionsbedarf. Da ist die finanzielle Verpflichtung kleiner als bei dem Konsortium der Leichtbaupotenzialstudie. Und die Kommunikation pflanzt sich fort über jeden Projektteilnehmer bilateral mit seinen Kunden, mit seinen Projektpartnern und über Konferenzen, Arbeitskreise.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Warum ist die Automobilindustrie selbst nicht in der Initiative Massiver Leichtbau vertreten?
Wir haben große Systemhersteller und OEMs ganz bewusst aus unserem Projekt ausgeblendet. In Anlehnung an ULSAB, Ultra Light Auto Steel Body, und Folgeprojekte der Stahlblechhersteller wollten wir die bewährte vertrauensvolle und agile vorwettbewerbliche Zusammenarbeit in den zwei beteiligten Branchen – Stahlhersteller und Massivumformer – ausbauen. Bei Einbeziehung großer Systemhersteller oder gar OEMs würden wir vermutlich heute noch Details des Konsortialvertrags ausarbeiten. Aber es gibt auch einen inhaltlichen Aspekt: Unser Ansatz sollte ja ganz bewusst lauten: Neue Ideen einbringen, ungewohnte Fragen stellen. Die Kreativität hätte unter zu vielen wirtschaftlich getriebenen Randbedingungen eventuell zu sehr gelitten.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Hatten Sie ein Vorbild für diese Initiative?
Nein, im Langmaterialbereich ist das die erste Initiative dieser Art. Manager von Stahlwerken in den USA, denen ich über unsere Aktivitäten berichtet habe, waren total erstaunt, dass wir ein Projekt haben, in dem mehrere Stahlwerke drin sind. Dass Wettbewerber gemeinsam gearbeitet haben. Aber wir haben in Deutschland in der Massivumformbranche, in der Stahlbranche, wie auch zwischen diesen beiden Branchen eine starke Tradition der vorwettbewerblichen Gemeinschaftsforschung, die jetzt halt mal nicht öffentlich, sondern multilateral finanziert ist. Eine Aktivität, die in eine beachtliche Größenordnung hineingelaufen ist. Es herrschte Erstaunen darüber, dass wir es geschafft haben, dass verschiedene Stahlwerke bei vorwettbewerblichen technischen Entwicklungsthemen miteinander sprechen. Genau das tun wir aber schon seit vielen Jahren. Das ist nicht nur zulässig, sondern eine Stärke des Industriestandorts Deutschland.
Wenn man partout von einem Vorbild sprechen will, dann waren es die ULSAB-Projekte in den Neunzigerjahren, wo mit denselben Ambitionen auf der Flachmaterialseite zusammengearbeitet wurde. Wir sind eine kleinere Industrie, da ist alles etwas weniger üppig als dort. Aber dennoch haben wir, so ist unser Resumée, ein beachtenswertes Ergebnis erreicht.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Wie weit kann die vorwettbewerbliche Zusammenarbeit gehen?
Wir haben die vorwettbewerbliche Gemeinschaftsforschung zwischen der Massivumformbranche und den Stahlherstellern in den letzten Jahren stark intensiviert. Auch ein kleines Stückchen getrieben von den spannenden Entwicklungen im Blechbereich, wo ganz beachtliche Lösungen erarbeitet wurden. Ein konkretes Ergebnis aus einem früheren vorwettbewerblichen Gemeinschaftsprojekt, das wir mit dem Stahlhersteller jetzt noch industrialisiert und nochmal ein Stückchen verfeinert haben, ist die Stahl-Neuentwicklung 16MnCr5 modifiziert, genannt „H2“. Das „H“ steht dabei für Hirschvogel, die Ziffer „2“ für die zweite Schmelze im Rahmen dieses Projekts. Diese Legierung nimmt ohne Vergütebehandlung die Festigkeiten und Zähigkeiten eines Vergütungsstahls an. Sie wäre jetzt anwendbar für Bauteile ohne Oberflächen-Wärmebehandlung, z.B. für Common Rails, Flansche oder für die Anhängerkupplung. Wir könnten uns vorstellen, diese Bauteile mit dem neuen Stahl zu realisieren und dadurch mindestens zehn Prozent an Gewichtseinsparung herauszuholen. Und das gilt für verschiedenste Bauteile im Fahrzeug, die aus dispersionshärtenden Stählen (AFP-Stählen) hergestellt werden. Gegenüber Vergütungsstählen lassen sich, nebenbei gesagt, noch Kosten einsparen.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Wo müssen Sie denn bei Ihren Gesprächspartnern noch die größte Überzeugungsarbeit leisten, um klar zu machen: Massiver Leichtbau lohnt sich!
Die Hürden sind eher organisatorischer Art und haben etwa mit der Frage zu tun: Wo setzt der Einkaufsprozess an? Der Zulieferer muss so früh wie möglich in die Entwicklung eingebunden werden. Das ist eine organisatorische Frage, die unsere Kunden teilweise lösen müssen, um unsere Ideen hier in kommenden Fahrzeuggenerationen einzusetzen. Unternehmensleitungen täten oft gut daran, ihren Einkaufsmanagern nicht so sehr zu erzielende Rabatte in die Zielvereinbarungen zu schreiben, sondern Kostenvorteile, die ein neues oder alternatives Bauteil über den Gesamtprozess erzielen kann. Und dies unter Berücksichtigung von Sekundäreffekten in der eigenen Wertschöpfung. Vorstände müssen darüber nachdenken, wie sie insbesondere den Einkaufsprozess so gestalten, dass sie das eigene Haus nicht durch zu restriktive Budgetierungen vom externen Innovationszufluss abbinden. Es lohnt sich, über organisatorische oder auch philosophische Hürden, die sich manchmal im Laufe der Zeit aufgebaut haben, zu springen und das Leichtbaupotenzial der Massivumformung im Frühstadium eines Projekts mit auszuloten.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Gibt es schon Leichtbauideen, bei denen sich die Konturen eines möglichen Auftrags abzeichnen?
Unsere Ideen, die Sie hier modellhaft sehen, liegen seit Mitte September im wahrsten Sinne des Wortes auf dem Tisch. Wir bei Hirschvogel haben auf der IAA zahlreiche Kunden angesprochen. Wir haben seitdem bilaterale Projektgespräche geführt und auch die ersten Angebote unterbreitet, bestimmte Komponenten in der Engineering-Dienstleistung für einen Kunden umformgerecht leichter zu gestalten und haben auch den einen oder anderen Leichtbau-Vorschlag schon in Serienangebote einfließen lassen. Die anderen Teilnehmer der Leichtbaupotenzialstudie sind sicher auch schon mit ihren Ideen bei ihren Kunden vorstellig geworden. Das ist jetzt ein sich weiterentwickelnder Prozess, der nun natürlich die Vorwettbewerblichkeit verlässt und entsprechend bilateral zwischen Zulieferer und Kunde vorangetrieben wird. Allerdings wäre es unrealistisch, zum jetzigen Zeitpunkt schon die Serienreife einer in dem Projekt geborenen Idee zu erwarten.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Lassen sich die identifizierten Bauteilmodifikationen mit der vorhandenen, etablierten Anlagentechnik umsetzen?
Im Rahmen dieser Studie haben wir uns darauf konzentriert, Lösungen darzustellen, die wir relativ kurzfristig umsetzen können. Es gibt aber noch eine Reihe an weiteren Ideen. Das Thema Hybridschmieden beispielsweise, also das Fügen verschiedener Werkstoffe durch Umformen. Bestimmte andere Technologien, die den Leichtbau nochmals befördern könnten, haben aber auch teilweise einen wettbewerbsrelevanten Neuheitsgrad, so- dass man damit doch direkt auf seinen Kunden zugeht.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Wie geht es weiter?
Es geht ohne Unterbrechung weiter: Es gibt neue Stähle, es gibt auch neue umformtechnische Möglichkeiten. Wir sind inzwischen in der Lage, alle unsere Prozesse zu simulieren und damit auch Formen zu realisieren, die hätte man sich vor zehn Jahren so gar nicht zugetraut. Also auch die Technologie entwickelt sich. Selbst so scheinbar simple Verbindungselemente wie Schrauben kann man noch verbessern. Die Leichtbaupotenzialstudie, das erste Projekt der Initiative massiver Leichtbau ist abgeschlossen, die Initiative massiver Leichtbau als Projektgruppe existiert weiter. Außerdem haben wir allen Grund, auf die positive Begutachtung des aktuell beantragten Forschungsprojektes zu hoffen, um die Kommunikation innerhalb der Projektgruppe sowie zu den Kunden und in die Forschung hinein auszuweiten. Und die Kompetenz, die wir jetzt gebündelt haben und auch den Schwung, den wir jetzt aufgenommen haben, wollen wir auf ein weiteres Objekt lenken und dann einen anderen Fahrzeugtyp oder eine andere Konzeption eines Antriebsstrangs analysieren, um die erfolgreiche Aktivität hier entsprechend voranzutreiben und natürlich auch inhaltlich nochmals neue Akzente zu setzen.

Das Interview führte Christian Klein