selectrify^® – Stahllösungen für die Elektromobilität

Mit wirtschaftlichen Leichtbaulösungen für die Fahrzeugstruktur, hoch stabilen und sicheren Batteriegehäusen sowie Elektroband für besonders effiziente elektrische Antriebe zeigt thyssenkrupp Steel das enorme Potenzial innovativer Stahllösungen für E-Fahrzeuge.
Die Art, wie wir Autos bauen, verändert sich. Das Elektroauto 2.0 besitzt nicht einfach Batterie und Elektromotor anstelle konventioneller Antriebsaggregate. Es verlangt eine Auslegung, die sich den geänderten Anforderungen stellt und gleichzeitig neue Möglichkeiten bietet.

Elektroauto 2.0: Fast alles ändert sich

Ingenieure, Designer, Techniker und Werkstofflieferanten denken um. Packaging, Karosseriebau und Chassis von Batteriefahrzeugen unterscheiden sich grundlegend von konventionellen Konzepten. Der Wegfall von Verbrennungsmotor, Getriebe, Tank und Abgasanlageerlaubt mehr konstruktive Freiheiten und ändert beispielsweise das Crashkonzept der energieabsorbierenden Zonen im Front-End. Gleichzeitig erzeugt das hohe Gewicht der Antriebsbatterie zusätzliche Belastungen bei allen Crashlastfällen.

Wirtschaftliche Leichtbaulösungen sind gefragt, um die Mobilitätswende voranzutreiben. Hochstabile und sichere Batteriegehäuse müssen gewährleisten, dass Elektroautos mindestens das Sicherheitslevel konventioneller Fahrzeuge erreichen. Und mit effizienteren elektrischen Antrieben muss die gespeicherte Energie in mehr Reichweite umgesetzt werden.

Stahl: „The Material of Mobility“

thyssenkrupp Steel besitzt eine hohe Werkstoff- und Anwendungskompetenz rund um die Elektromobilität. Denn Stahl ist der Werkstoff, auf den es bei der Mobilitätswende ankommt. Er ist unverzichtbar – in Generatoren ebenso wie in Elektromotoren. Und erste Wahl, wenn es um Karosseriebau, Batteriegehäuse und Chassis-Lösungen geht.

„selectrify^®“ ist der Name, unter dem thyssenkrupp Steel seine Aktivitäten rund um die Elektromobilität bündelt – und Synonym des enormen Potenzials innovativer Stahllösungen für E-Fahrzeuge.

Herr Matusczyk, kann man Autos ganz ohne Stahl bauen?

Nein, unmöglich. Stahl war, ist und bleibt das Material der Mobilität und damit Kernwerkstoff für die Automobilindustrie – auch in Zeiten der Elektromobilität. Denn Stahl verbindet hohes Leichtbaupotenzial mit großer Wirtschaftlichkeit. Lassen Sie mich dies an ein paar Zahlen belegen: Die Struktur eines aktuellen E-Autos, beispielsweise des VW ID.4, wiegt inklusive Batteriekasten um die 440 Kilogramm. Türen und Klappen wiegen noch einmal rund 120 Kilogramm. Da Aluminium in der Struktur keinen oder nur einen sehr kleinen Gewichtsvorteil hat, wird hier generell bevorzugt Stahl eingesetzt. Vielfach gilt das auch für die Anbauteile, also Türen und Klappen. Zudem benötigen alle Antriebsmotoren von Elektrofahrzeugen eine größere Menge Elektroband. Von diesem Werkstoff – abhängig vom Modell und davon, ob es sich um ein reines Elektroauto oder um ein Plug-in-Hybrid-Fahrzeug handelt – stecken zwischen 20 und 90 Kilogramm in jedem Motor. Elektroband kann hier nicht durch andere Werkstoffe ersetzt werden.

Bei dem für die Sicherheit so wichtigen Batteriegehäuse in Elektroautos scheinen die Hersteller allerdings noch nicht zu 100 Prozent von Stahl überzeugt zu sein, oder?

Das hat sozusagen historische Gründe: Die ersten Elektrofahrzeuge waren eigentlich konventionelle Fahrzeuge, in die man nachträglich ein schweres Batteriegehäuse eingebaut hatte. Aus diesem Komponentenansatz und der Notwendigkeit, das zusätzliche Gewicht möglichst klein zu halten, resultiert die heute zumindest in Europa noch gängige Bauweise in Aluminium. Das ist schade, weil wir mit unseren Untersuchungen nachweisen konnten, dass Stahl hier eine nur unwesentlich schwerere, aber dafür eindeutig günstigere und nachhaltigere Alternative ist. Ich bin mir sicher, dass wir in den nächsten Generationen immer mehr Fahrzeuge mit Batteriegehäusen aus Stahl oder zumindest in Materialmischbauweise sehen werden. Denn jetzt geht es um die funktionelle Integration des Batteriegehäuses in die Karosserie. Das bedeutet, dass das Batteriegehäuse Teil der seitlichen Crash-Struktur wird und bei der Konstruktion von Anfang an in die Auslegung der Struktur einbezogen ist.

Eine Herausforderung, die rund um E-Autos viel diskutiert wird, ist die Brandsicherheit. Wie beurteilen Sie den Werkstoff Stahl in diesem Zusammenhang?

Hochleistungsbatterien im Auto sind sicherheitstechnisch äußerst anspruchsvoll. Eine Beschädigung der einzelnen Batteriezellen muss unbedingt verhindert werden. Moderne Stähle bieten hier unglaublich hohe Festigkeiten und können zum Beispiel im Schweller, in der B-Säule und an weiteren crashrelevanten Stellen eine wichtige Schutzfunktion für die Batterie übernehmen. Wenn es trotzdem mal zum Brand kommt, kann Stahl eine Besonderheit ausspielen: Stahl schmilzt erst bei Temperaturen ab 1.425 Grad Celsius. Aluminiumlegierungen werden schon ab 500 Grad Celsius flüssig. Eine entsprechend dimensionierte Stahlabdeckung der Batterie kann also im Brandfall die entscheidenden Minuten länger halten und zur erfolgreichen Rettung von Menschenleben beitragen.

Mal allgemein: Was macht Stahl so besonders für den Bau von elektrischen wie konventionellen Fahrzeugen?

Stahl ist weltweit verfügbar und die Verarbeitungsprozesse sind nicht nur sicher, sondern auch jahrzehntelang erprobt. Außerdem ist Stahl qualitätsneutral recycelbar und Autos aus Stahl können überall auf der Welt problemlos repariert werden – ganz im Gegensatz zu Karosserien mit zum Beispiel faserverstärkten Kunststoffen. Aber das Wichtigste: Moderne Stähle sind hochfest und bieten großes Leichtbaupotenzial zu einem unerreicht guten Preis-Leistungs-Verhältnis. Wir nennen das „wirtschaftlichen Leichtbau“ – hier ist Stahl absolute Weltspitze.

Heißt: Leichtbau, Sicherheit, Brandschutz und Wirtschaftlichkeit lassen sich mit Stahl gut verbinden?

Ja, und noch mehr. Elektroautos sind kein Selbstzweck, wir wollen ja Emissionen verhindern und die Umwelt schützen. Das Elektroauto hat zwar weder Auspuff noch lokale Emissionen, aber natürlich fallen bei der Produktion des Fahrzeugs trotzdem umweltschädliche Emissionen an. Es ist also wichtig, bei der Materialauswahl auch die produktionsbedingten Umweltbelastungen zu berücksichtigen. Und hier schneiden neue Stahlkonzepte für die Batterie-Einhausung ganz hervorragend ab. Gegenüber heute eingesetzten Lösungen auf Aluminiumbasis verursachen sie bei deutlich geringeren Kosten trotz eines leichten Mehrgewichts bis zu 50 Prozent weniger klimaschädliches CO₂.

Das klingt gut, dennoch liegen in der Entwicklung noch einige Herausforderungen vor Ihnen. Worum wird es in den nächsten Jahren gehen?

Auch wenn wir heute schon ein breites Portfolio geeigneter Produkte anbieten können, sind weitere neue Leichtbaustähle vorstellbar, die den Anforderungen der Elektromobilität noch besser entsprechen. Daran arbeiten wir mit unseren Kunden. Auch im Bereich Elektroband sind wir noch nicht am Entwicklungsende angekommen und sehen weiteren Spielraum für Leistungsoptimierungen. Aber das Wichtigste ist: Wenn wir wirklich saubere Mobilität wollen, muss irgendwann auch der Werkstoff Stahl CO₂-frei hergestellt werden. Wir haben hierfür eine eigene Technologie entwickelt und uns sehr ehrgeizige Ziele gesteckt. Schon 2030 wollen wir eine große Menge CO₂-optimierter Produkte liefern und 30 Prozent CO₂ einsparen. Bis 2050 wollen wir CO₂-frei werden. Das ist nicht mal eben so getan – die Technologie ist extrem teuer und wir sind in Deutschland und in Europa nicht auf einer Insel. Im internationalen Wettbewerb können wir nur dauerhaft bestehen, wenn für alle Stahlanbieter die gleichen Regeln gelten. Das kann nur die Politik regeln. Gleichzeitig muss jedem klar sein, dass es Umweltschutz und Null-Emission nicht gratis gibt. Wir sind uns aber sicher, dass es für in Produktion und Nutzung komplett CO₂-freie Fahrzeuge eine höhere Zahlungsbereitschaft gibt.

Herr Matusczyk, wir danken Ihnen für das Gespräch!