Leichtbau beim E-Auto meist sinnvoll

Es war vor rund zwei Jahren, als der Autoexperte Ferdinand Dudenhöffer eine Debatte um den Einsatz von Leichtbau bei Elektrofahrzeugen lostrat. Dudenhöffer hatte in einem Feldversuch zwei Elektroautos mit jeweils 300 Kilo schweren Kieselsäcken beladen und den Verbrauch auf einer 100 Kilometer langen Teststrecke gemessen.

Das Ergebnis: Ein Tesla Model S verbrauchte nur 0,6 Prozent mehr Strom, bei einem BMW i3 waren es 4,4 Prozent. Damit kam Dudenhöffer zum Schluss: "Auch ein BMW i3 bestätigt damit, dass Gewichtseinsparung bei Elektroautos nicht die erste Wahl sein kann."

Die Annahme hinter der Argumentation: Wenn ein schweres Elektroauto beschleunigt hat, ist dessen Bewegungsenergie größer als die eines leichten Fahrzeugs. Daher lässt sich auch bei der Rekuperation mehr Energie zurückgewinnen. So ist zu erklären, dass der Tesla trotz schwerer Beladung nur minimal mehr Strom verbrauchte. Dies gilt zumindest so lange, wie die Leistung des Generators nicht überschritten wird, da sonst kaum noch Energie zurückgewonnen werden kann.

Doch die Thesen von Dudenhöffer, die sich hartnäckig in der Automobilindustrie halten, stoßen zunehmend auf Widerstand. Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg hält nun mit gleich mehreren Untersuchungen dagegen. "So etwas wie ein Perpetuum Mobile gibt es nicht, und ein leichteres Fahrzeug ist wirtschaftlicher als ein schwereres", sagt der Agenturchef Wolfgang Seeliger.

Seeliger stützt sich dabei auf eine Studie des Fraunhofer Instituts für chemische Technologie (ICT) in Kooperation mit dem Institut für Fahrzeugsystemtechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Die beiden wissenschaftlichen Institute nahmen einen E-Golf und beobachteten, was eine Gewichtseinsparung von 100 Kilogramm für Konsequenzen hat. Dazu wurde der Verbrauch in den Zyklen WLTP und RDE erfasst – einmal mit Zuladung und einmal ohne. "Anschließend haben wir diese Daten in eine Gesamtfahrzeugsimulation eingespielt, die auch den Wirkungsgrad verschiedener Komponenten des Antriebsstrangs berücksichtigt", erklärt Professor Frank Henning, stellvertretender Leiter des Fraunhofer ICT.

Das Ergebnis der Forscher ist eindeutig. Durch eine Reduzierung der Fahrzeugmasse um 100 Kilogramm könne der Energiebedarf des Fahrzeugs um etwa vier Prozent verringert werden. Ein weiterer Nebenaspekt, auf den Henning hinweist: "Die Fahrdynamik wird bei einem höheren Gewicht beeinträchtigt und der Reifenverschleiß nimmt zu." Unterstützung erhält Henning von Martin Hillebrecht, Leiter Innovation des Entwicklungsdienstleisters EDAG.

"Wir sollten die Zukunft der Mobilität und der Elektrifizierung nicht allein den Betriebswirten, sondern wieder stärker den Ingenieuren überlassen und wieder zur Vernunft zurückkehren", sagt er. Und Seeliger ergänzt: "Reichweite in Form von Batterien ist teuer und gewichtig. Mit Leichtbau lässt sich hier also Geld sparen."

Zu diesem Schluss kommt auch eine Studie der Leichtbau BW selbst aus diesem Jahr. "Konzeptleichtbau geht dabei von einem möglichst Use-Case-optimierten, das heißt auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnittenen Satzes von Anforderungen aus", so Seliger. Dies stelle eine Möglichkeit dar, signifikante Potenziale der Massereduktion zu heben, ohne dabei auf teurere Materialien oder komplexere Fertigungsprozesse zurückzugreifen, was sehr oft eine Hürde für den Einsatz von Lichtbau darstelle.

Allerdings ist Leichtbau nicht generell die bessere Wahl. So sagt Volker Blandow, Leiter E-Mobilität beim TÜV Süd, im Magazin "Technology Review", dass kleinere und kompakte E-Fahrzeuge natürlich weniger Energie verbrauchen als große und schwere. Insofern bleibe Leichtbau sinnvoll. Er schränkt aber gleichzeitig ein: "Richtig ist aber auch, dass beim Elektroauto nicht der letzte, oft sehr teure Materialaufwand in der Gewichtsoptimierung erfolgen muss." Wichtiger als High-End-Leichtbau mit schlecht wieder verwertbaren Materialien sei beispielsweise die Recyclingfähigkeit. Manchmal könne sogar ein zusätzliches Gewicht den Stromdurst reduzieren, wenn es etwa in einer besseren Isolierung des Innenraums oder in einer Wärmepumpe zum Heizen und Kühlen stecke.

Der Einsatz von Leichtbau ist deshalb auch eine Frage der Kosten. Legt man diese mit 120 Euro pro Kilowattstunde Batteriekapazität zugrunde, dann ist Leichtbau immer dann sinnvoll, wenn mit weniger Mitteleinsatz ein größerer Effekt erzielt werden kann als mit einer größeren Batterie. Weit außerhalb dieser Marke liegen beispielsweise Karosserien aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), wie sie etwa BMW beim i3 einsetzt.

Dieser Materialverbund zählt zu den mit Abstand teuersten im Leichtbau (siehe Kostentreiber im Leichtbau). Bei künftigen Fahrzeugen werden die Münchner den CFK-Anteil daher deutlich reduzieren, heißt es in "Technology Review". Im für 2021 vorgesehenen iNext solle der Einsatz auf den Dachbereich beschränkt werden.

Aber auch andere Faktoren haben natürlich Einfluss auf den Verbrauch. Dazu zählen beispielsweise die Reifen. Mit schmalen, leichtlaufenden Reifen lassen sich auch bei einem Verbrennungsmotor bis zu zehn Prozent Sprit sparen, rechnet der ADAC vor. Doch bei den Kunden sind diese extrem unbeliebt. So musste BMW beim i3 auf dringenden Wunsch der Käufer auch breitere Reifen ins Angebot nehmen. Manchmal geht Ästhetik eben vor Energieeffizienz.

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