Leichtbau GFK-Federn auch für schwere Lkw

Matthias Voigt wägt seine Worte genau ab, er darf nicht zu viel verraten. Schließlich lassen sich die Lkw-Hersteller ungern in die Karten schauen, wenn es um Innovationen für kommende Fahrzeuggenerationen geht. Der Entwicklungsleiter bei IFC Composite in
Haldensleben ist verantwortlich für die Produktion von Blattfedern aus GFK, also aus ­glas­faserverstärktem Kunststoff. Deren Vorteil ist die enorme Gewichtseinsparung gegenüber herkömmlichen Stahlfedern.

GFK-Feder wiegt nur 5,6 Kilogramm

Kein Geheimnis ist, dass die vordere Querblattfeder von Mercedes Sprinter und VW Crafter schon aus GFK besteht. Während die Stahl­feder rund 26 Kilogramm auf die Waage brachte, wiegt das GFK-Bauteil nur 5,6 Kilogramm – ­eine Gewichtsersparnis von fast 80 Prozent – bei laut Hersteller gleichen Eigenschaften und ­einer ­höheren Lebensdauer. "Bei der GFK-Feder für die Transporter haben wir eine Fehlerquote von 0 ppm (parts per million). Es gab noch nie eine Reklamation bei mehr als einer Million verbauten Federn", erzählt der Entwicklungsleiter.

Welches hohe Potenzial in den Federn steckt, verdeutlichen diese Zahlen: eine herkömmliche Längsblattfeder an der Vorderachse eines vierachsigen Baustellen-Lkw wiegt rund 67 Kilogramm. Das GFK-Bauteil bringt hingegen nur 18 Kilogramm auf die Waage – eine Gewichtsersparnis von mehr als 70 Prozent. An der Hinterachse sieht es ähnlich aus. "An einem vierachsigen Baustellen-Lkw sind insgesamt ­Gewichtseinsparungen von bis zu 400 Kilogramm möglich – allein durch unsere GFK-Federn", sagt Voigt. An einer Sattelzugmaschine sollen sich durch den Einsatz der Längsblattfedern aus GFK rund 100 Kilogramm einsparen lassen.

Wie wichtig Gewichtseinsparung ist, zeigte sich auch bei der Umstellung auf Euro 6. Mit ­neuen Abgasnachbehandlungssystemen samt Adblue-Tank stieg das Leergewicht der Fahrzeuge um teilweise bis zu 200 Kilogramm. Das schlägt durch bis zu den Aufbauherstellern, ­deren Aufbauten wie Kräne, Betonpumpen oder Betonmischer die zulässige Nutzlast bislang oft ausgenutzt haben. Steigt das Gewicht des ­Chassis, geht Nutzlast verloren und die Aufbauhersteller haben ein Problem.

Raum für zusätzliche Batterien

Auch Hybridanwendungen im Lkw verlangen wegen der schweren Batterien Gewichtseinsparungen an anderer Stelle. 200 Kilogramm Einsparung bei den Federn lässt Raum für 200 Kilogramm zusätzliche Batterien und dementsprechend mehr Reichweite.

Bereits vor drei Jahren präsentierte IFC Composite den Prototyp einer GFK-Feder für schwere Nutzfahrzeuge. Der Schritt lag nahe, doch der Weg zum fertigen Produkt gestaltete sich schwierig. "Die Verbundwerkstoffe haben wir im Griff, damit gibt es keine Probleme. Aber die Anbindung ans Fahrzeug ist sehr kompliziert, also die Befestigung oder Formung von Lageraugen am Federblatt", erklärt Entwicklungsleiter Voigt. Mehr als zehn Ingenieure arbeiten bei IFC, darunter einige, die ausschließlich die auftretenden Kräfte berechnen und simulieren.

GFK-Blattferder für schwere Nfz ist serienreif

Jetzt ist es so weit: "Die GFK-Blattfeder für schwere Nutzfahrzeuge ist nun serienreif entwickelt", berichtet Voigt und ergänzt: "Derzeit führen verschiedene Hersteller eigene Prüfungen durch, dazu gehören auch Sommer- und Winter-Erprobungen im Fahrzeug."

Bis zu 400 Kilogramm Gewichtseinsparung durch den Einsatz von Verbund-Werkstoffen an nur wenigen Bauteilen, das klingt nicht nur nach ­einer Revolution im Nutzfahrzeugbau, es klingt vor allem nach hohen Kosten. Doch das stimmt nur zum Teil. In der Tat ist die Entwicklung, die viele Jahre in Anspruch genommen hat und nach wie vor nimmt, sehr teuer. Bei den reinen Produktionskosten hingegen die Über­raschung: "Die GFK-Feder für Transporter kostet fast ­genauso viel wie eine Blattfeder aus Stahl, das unterscheidet sich lediglich im einstelligen Prozentbereich", erläutert Voigt. Für schwere Lkw werden die leichten Federn im Vergleich zur Gewichtseinsparung ebenfalls nur etwas teurer sein als das Pendant aus Stahl.

Auch Stabilisatoren könnten durch Verbund-Werkstoffe ersetzt werden

Laut Voigt könnten auch weitere schwere Struktur-Bauteile am Lkw durch Verbund-Werkstoffe ersetzt werden, etwa Stabilisatoren. Diese müssten aus Festigkeitsgründen aus CFK, also carbonfaserverstärktem Kunststoff, bestehen. Je nach Qualität ist CFK jedoch 12 bis 15 Mal teurer als GFK. Das fertige Produkt ­würde dementsprechend teuer – die Massenproduktion sich kaum lohnen. "Wir können ­jede Menge leichte Prototypen bauen, aber ­extrem leichte und dafür extrem teure Bauteile machen in der Großserienproduktion keinen Sinn", ­erklärt der Entwicklungsleiter.

So arbeitet IFC Composite weiter an "verschiedenen europäischen und internationalen Projekten", wie Matthias Voigt erzählt, ohne zu viel zu verraten. Interessant seien die leichten GFK-Federn nämlich nicht nur für Lkw, sondern auch für Anhänger und Auflieger. Während in Europa Luftfederungen Standard sind, fahren in Nordamerika viele blattgefederte Trailer – und damit potenzielle Kandidaten für ­eine Abspeckkur.