Formgedächtnis

Detroit, 19. Februar 2013 – Leichtbau ist wegen der Effizienz heute wieder ein Kernthema bei der Entwicklung neuer Autos. Dass sie dennoch immer schwerer werden, hat vor allem mit einer Fülle von Zusatzfunktionen zu tun, die Komfortwünsche, aber auch Sicherheitsaspekte erfüllen sollen. General Motors (GM) möchte nun mithilfe "intelligenter Materialien" Gewicht sparen und beginnt damit bei der Corvette.

Bei Sportwagen ist ein geringes Gewicht schon wegen der Fahrleistungen Pflicht. Beschleunigung und Kurvengeschwindigkeit profitieren von jedem eingesparten Kilogramm. Der Wille zum Sieg oder zu möglichst hohem Fahrspaß hat hier mehr und früher als irgendwo sonst kreative Lösungen hervorgebracht. Klar, dass viele Leichtbau-Ideen aus dem Motorsport mit Verspätung auch im Serienbau ankommen, wenn auch weniger radikal und oft mit Jahrzehnten Verspätung.

Bild 1 von 3

Formgedächtnis (3 Bilder)

Amerikanischer Pragmatismus

Wichtigstes Bindeglied waren hierbei immer Straßenversionen renntauglicher Sportwagen. Chevrolets Corvette beispielsweise hat immer von maßvollem Leichtbau profitiert, anfangs durch eine Fiberglaskarosserie auf einem Rohrrahmen, heute von einer Aluminiumkarosserie, die in der aktuellen Fassung immerhin 45 kg im Vergleich zur Vorgängerversion abspecken konnte. Der teure Kohlefaser-Kunststoff wird zwar in Motorhaube und Dachhaut eingesetzt, um aber einen für den Kunden ruinösen Komplett-Leichtbau mit exotischen Materialien zu vermeiden – die Corvette hat immer von ihrem vergleichsweise äußerst günstigen Preis profitiert – hat Chevrolet nun begonnen, Komfortfunktionen zu erleichtern.

Das soll laut einer Pressemitteilung von GM mithilfe "intelligenter Materialien" gelingen, die in Form neuer Aktuatoren die bisher benutzten Elektromotoren ersetzen sollen. Ein uralter Trick eigentlich, gemeint sind nämlich die bereits seit langem bekannten, schlichten Bimetall-Blechteile, die ja schon seit Jahrzehnten in (Blink)Relais oder Autothermatikkolben Dienst tun. Diese für gewöhnlich aus Kupfer, Aluminium und Nickel bestehenden Blech-Sandwiches ändern unter Hitze, elektrischem Strom oder in einem Magnetfeld ihre Härte oder Form. Im Relais beispielsweise erhitzt Strom eine Kontaktzunge so lange, bis sie sich verformt und einen Kontakt öffnet. Weil dadurch der Stromfluss unterbrochen wird, kühlt sie wieder ab und begibt sich in ihre ursprüngliche Form zurück – der Kontakt ist wieder geschlossen und das Ganze beginnt von vorn. Im Autothermatikkolben ziehen in das Aluminium eingegossene Bimetallstreifen den Kolben in eine ovale Form, solange er kalt ist. Damit stimmt bereits beim Anlassen das Laufspiel zwischen Kolbenhemd und seinen Anlageflächen im Zylinder. Bei Erwärmung dehnt sich der Kolben insgesamt aus, die Bimetallstreifen entspannen sich aber gleichzeitig, so dass das Laufspiel nicht unzulässig klein wird. Bei richtiger Dimensionierung bleibt so das Laufspiel über einen weiten Temperaturbereich fast konstant.

Intelligente Sandwiches

In der siebten Corvette-Generation ersetzt nun ein elektrisch beheizter Bimetalldraht einen Elektromotor in einer rein komfortinduzierten Funktion: Sobald die Heckklappe geöffnet wird, fließt Strom durch die Wendel um den Draht, der normalerweise eine Luftklappe im Kofferraum geschlossen hält. Er verformt sich dadurch und öffnet diese Klappe. Wenn nun der Kofferraumdeckel geschlossen wird, kann durch diese verborgene Öffnung die eingeschlossene Luft entweichen und der Deckel mühelos geschlossen werden. Dann wird der Stromfluss unterbrochen, die Wendel entspannt sich und schließt die Öffnung wieder. Doch soll es dabei auf Dauer nicht bleiben: "Intelligente Materialien wie Bimetall-Legierungen bieten neue Möglichkeiten für viele bewegliche Funktionen in einem Auto" sagt Jon Lauckner, Technikchef bei GM. "Diese neuen Materialien ermöglichen neuartige Konstruktionen mit neuen oder verbesserten Funktionen zu geringenen Kosten als herkömmliche Motoren und Aktuatoren". Wie das Beispiel zeigt, sparen sie nicht nur Geld sondern auch Gewicht: Die Lösung in der neuen Corvette spart rund ein halbes Kilogramm ein.

"Das Bimetallteil repräsentiert knapp fünf Jahre Forschung und Entwicklung an Intelligenten Materialien, für die GM 247 Patente bekommen hat", sagt Paul Alexander, Materialforscher bei GM. "Und das ist erst der Anfang. Wir haben noch viele weitere Anwendungsmöglichkeiten für intelligente Materialien in der Pipeline, die noch mehr Verbesserungen erlauben". Wir können nach so einer Ankündigung kaum glauben, dass sich GM auf Bimetall beschränken wird. Denkbar wären im Zusammenhang mit Leichtbau-Aktuatorik beispielsweise auch Kunststoffverbundteile mit einem Formgedächtnis. (fpi)