Rainer Kurek

Karosserie-LeichtbauKarosserie-Leichtbauin der Automobilindustriein der Automobilindustrie

Rainer Kurek

Karosserie-LeichtbauKarosserie-Leichtbauin der Automobilindustriein der Automobilindustrie

Theorie und PraxisTheorie und Praxis

Bibliografische Informationen der Deutschen NationalbibliothekDie Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikationin der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografischeDaten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.

Rainer Kurek

Karosserie-Leichtbau in der Automobilindustrie

Theorie und Praxis

Weitere Informationen:www.vogel-buchverlag.de

ISBN 978-3-8343-3191-51. Auflage. 2011

Alle Rechte, auch der Übersetzung, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in ir-gendeiner Form (Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder einem anderen Verfahren)ohne schriftliche Genehmigung des Verlages reproduziert oder unter Verwen-dung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.Hiervon sind die in §§ 53, 54 UrhG ausdrücklich genannten Ausnahmefällenicht berührt.

Printed in GermanyCopyright 2011 by Vogel Business Media GmbH & Co. KG, Würzburg

Umschlag: Twogether Werbeagentur, Ulrike HeppelTitelbilder: Archiv Rainer Kurek, OlchingSatz Innen: Constanze von Nell-Breuning

GGELEIELEITWORTTWORT

Die fossilen Energiereserven gehen zu Ende – irgendwann. Und viel-leicht schneller, als es die derzeitigen Berechnungen erwarten lassen:Möglicherweise wird man zu einer Neubewertung der tatsächlich nutz-baren Erdölvorräte kommen. Denn die in einem Hurrikan untergegan-gene Förderplattform im Golf von Mexiko hat eine Umweltkatastropheunbekannten Ausmaßes verursacht und damit schonungslos vor Augengeführt, wie letztlich unbeherrschbar das Risiko von Tiefseebohrungenist. Deshalb ist fraglich, ob der politische und gesellschaftliche Konsenserhalten bleibt, neue Quellen auch künftig in so großen Tiefen zu er-schließen. Dieses Ereignis sensibilisiert eindrucksvoll noch einmal da-für, mit den natürlichen Ressourcen schonender umzugehen.

Für die Automobilindustrie bedeutet dies auch, viel konsequenter alsbisher den Leichtbau voranzutreiben. Denn darin liegt einer der Schlüs-sel für eine nachhaltigere Mobilität. Wie wichtig der Leichtbau für dieAutomobilindustrie ist, wird auch innerhalb der Branche häufig unter-schätzt. Bei vielen Meinungsmachern in der Öffentlichkeit sowie ingesellschaftlichen und politischen Gremien ist dieser Sachverhalt nochkaum angekommen. Dabei verbindet alle Konzepte dieselbe erfolgs-entscheidende Herausforderung: Die Fahrzeuge müssen erheblichleichter werden. Nur so lässt sich die Reichweite von Elektroautos zuakzeptablen Kosten auf das von den Kunden geforderte Niveau brin-gen. Nur so sinkt der Verbrauch von konventionellen Automobilen aufein breit akzeptiertes Maß.

Völlig zu Recht stellt deshalb Rainer Kurek dieses Aktionsfeld in denMittelpunkt seines neuen Buches.

Was es bedeutet, wenn Leichtbau als Mission begriffen wird, illustriertKurek an der Neukonzeption einer Domstrebe, wie sie in Motorsport-

fahrzeugen verwendet wird: Neue Wege führen zu nicht für möglichgehaltenen Verbesserungen. Nach meinem Wissen machte sich dajemand zum ersten Mal die Mühe, die Zug- und Druck- sowie die Tor-sions- und Biegebelastungen auf dieses Bauteil gleichzeitig zu messen– und dies im realen Fahrbetrieb. Herausgekommen ist nicht nur einedurch den Einsatz von Magnesium fünfmal leichtere Komponente alsbisher. Das konsequente Verfolgen der Leichtbauidee eliminiert auchVerschwendung, weil sie Sinnloses offenlegt: Sicherheitsfaktoren, dienie abgerufen werden, führen beispielsweise zu größeren Wandstärkenund damit zu zwecklosem Ressourcenverbrauch. Das kann sich dieMenschheit nicht leisten, die Automobilindustrie schon gar nicht.

Intelligenter Leichtbau birgt für die deutsche Automobilindustrie zudemdie unternehmerische Chance, den beinharten internationalen Wett-bewerb auch künftig nicht über den Preis, sondern mit höherem Kun-dennutzen zu begegnen. Nur echte Innovationen können einer reifenIndustrie in Hochlohnländern die Existenz sichern. Kurek stellt in seinemBuch heraus, dass Innovation keinen Wert an sich darstellt, sondernsich im Markt durchsetzen muss. Nur der Kundennutzen zählt. WelcheRadikalität in diesem Befund liegt, zeigt Kurek an einem Beispiel ausseiner reichen Praxis als Geschäftsführer eines großen Entwicklungs-dienstleisters: Eine von ihm selbst durchgeführte Analyse einesbimetallischen Aluminium-Magnesium-Verbundes ist nicht an techni-schen Hürden gescheitert, sondern an einem aus der Sicht potenziellerAnwender ungünstigen Preis-Nutzen-Verhältnis. Ganz nebenbei stelltder Autor dem Leser mit der auf einen Werkstoff adaptierten Kunden-Nutzen-Analyse einen tatsächlich innovativen Ansatz vor, neue Produk-te und Verfahren zu evaluieren.

Viele leitende Entwickler und Manager, nicht nur in der Automobilin-dustrie, werden insbesondere an dieser Stelle der Lektüre gewinnbrin-gende Schlüsse für ihre eigenen Managementaufgaben ziehen können.

Wilhelm MißlerChefredakteur „Automobil Industrie“

INHALTSVERZEICHNISINHALTSVERZEICHNIS

Geleitwort von Wilhelm Mißler______________________________________ 5

1 Prolog und Einführung_________________________________________ 11

2 Die Automobilindustrie heute – eine Welt im Umbruch______________ 23

2.1 Aktualität und Relevanz des Themas „Leichtbau“______________ 252.1.1 Ausgangslage: Marktsättigung in den Triademärkten______322.1.2 Automobilindustrie in der Reifephase – die Fakten________ 372.1.3 Innovationskompetenz –

entscheidender Wettbewerbsfaktor der Zukunft___________46

2.2 Stand der Technik: Karosseriebau in der Automobilindustrie____ 602.2.1 Spannungsfeld des Karosseriebaus ____________________ 612.2.2 Frontloading im Produktentstehungsprozess (PEP)_________ 662.2.3 Kosten-Gewichts-Optimierungsdiagramm (KGO)________ 79

2.3 Umfeldbedingungen im Überblick – ein kurzes Fazit___________ 82

3 Evaluierung eines „innovativen“ Werkstoffs –theoretische Grundlagen und Abgrenzung_________________________87

3.1 Karosseriekonzepte______________________________________ 903.2 „Systemunabhängiges“ Bauteil____________________________ 913.3 Zentrale Entscheidungsparameter aus Kundensicht____________ 923.4 „Qualitätssensitives“ Bauteil_______________________________933.5 Keine Kunststoffe für sicherheitsrelevante Bauteile_____________ 94

4 Eine Markt-/Kundennutzenanalyse für Strangpressprofile –praktische Umsetzung und Ergebnisse___________________________ 103

4.1 Studiendesign der Tiefenbefragung und Teilnehmerstruktur____ 1034.2 Methodischer Hintergrund: Wettbewerbsstellung nach PIMS ___ 1054.3 Methode: Werkstoffvergleich nach dem „Customer Value“ ____ 1084.4 Werkstoffentscheidung bei Strangpressprofilen_______________1134.5 Werkstofftechnische Parameter___________________________ 1164.6 Akzeptanzkriterien______________________________________1184.7 Ergebnisse der Markt-/Kundennutzenstudie_________________ 119

5 Technische Analyse einer Domstrebe____________________________ 129

5.1 Stahl, Aluminium oder Magnesium________________________ 1305.2 Untersuchungsgegenstand „Domstrebe“____________________1365.3 Wesentliche Entwicklungen aus dem Motorsport –

das „24h-Rennen von Le Mans 2010“_____________________ 1385.4 Annahmen zur Krafteinleitung und Auslegung_______________ 1545.5 Messtechnische Analyse auf der Rennstrecke________________ 1605.6 Mehrachsige dynamische Kraft- und Spannungsanalyse

und „Leichtbaulösung“__________________________________170

6 Nachhaltige Mobilität________________________________________ 183

6.1 „Radikalinnovation“ statt Evolution________________________ 1836.2 Konzeptioneller Paradigmenwechsel_______________________ 1956.3 Weniger ist mehr______________________________________ 224

7 Epilog von Ellen Lohr_________________________________________ 235

Abbildungsverzeichnis___________________________________________ 241

Literaturverzeichnis_____________________________________________ 247

Autor_________________________________________________________251

Für meinen Vater Heinz Kurek,

der seit Jahrzehnten in aller Bescheidenheit und technischer GenialitätGroßartiges realisiert,

weil er die ökologischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungenschon früh erkannte und somit seiner Zeit stets weit voraus war.

„Enzo Ferrari hat sich die Autos noch nach seinen Wünschen selbstkonstruieren und zusammenschrauben können. Vorbei, die Zeiten?

Von wegen: Heinz Kurek beweist das Gegenteil.Es braucht sehr viel Expertise, einen energischen Willen

und ein ausgeprägtes Faible für Sportwagen.Nichts anderes hat Kurek zeit seines Lebens gebaut.“

(Financial Times Deutschland)

11 PPROLOG UNDROLOG UND EEINFÜHRINFÜHRUNGUNG

Die laufende Transformation von einer Industrie- hin zu einerhöherentwickelten Wissensgesellschaft – im Rahmen einer stetig zu-nehmenden Internationalisierung – ist für alle Industrienationen zu ei-ner unabwendbaren Herausforderung geworden. Dies gilt insbesonde-re auch für Deutschland, dem ein gravierender strategischer, strukturel-ler und demografischer Wandel bevorsteht.

Wertschöpfung findet bereits heute, verstärkt aber noch in Zukunft, ineiner wirksamen Überleitung unseres bestehenden industriellen (Erfah-rungs-)Wissens in neue, bessere Problemlösungen statt. Nicht nur Produk-tivitätsstrategien und Effizienzsteigerungsprogramme werden die industriel-le Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen in Zukunft sichern, sondern vorallem Innovationen, die auf einer gezielten (Weiter-)Entwicklung unseresbestehenden (Erfahrungs-)Wissens basieren. Nur echte Innovationen er-möglichen die Beibehaltung und Verbesserung der aktuellen Wettbe-werbsposition hiesiger Unternehmungen im (inter-)nationalen Vergleich.Die Grundlage für den Erfolg aller westlichen Industrienationen stützt sichseit jeher und verstärkt noch in Zukunft auf die technischen Errungenschaf-ten einer funktionierenden, innovativen und freien Wirtschaft.

Dies gilt insbesondere auch für die Automobilindustrie, die zu Beginndieses 21. Jahrhunderts von einem noch nie da gewesenen Wettlaufum Innovationen geprägt ist. Dieser Innovationswettlauf birgt allerdingsauch die Gefahr in sich, den wahren Kundennutzen aus den Augen zuverlieren. Diese Entwicklung ist in vielerlei Hinsicht kritisch, da die Pkw-Neuzulassungen in den gesättigten Triademärkten (Nordamerika,Westeuropa, Japan) langfristig kein Wachstum mehr versprechen unddie Branche bis heute einen der bedeutendsten Wirtschaftszweige un-serer modernen Industrie darstellt. Aufgrund des zunehmenden Wett-

12 1 PROLOG UND EINFÜHRUNG

bewerbsdrucks in den Weltmärkten ist gutes und vor allem kundenori-entiertes Innovationsmanagement zu dem entscheidenden Erfolgsfaktoraller Industrienationen geworden, von dessen professioneller Ausübungdas Wohlstandsniveau künftiger Generationen abhängen wird.

Im Gegensatz zur Vergangenheit reicht es heute aber nicht mehr aus,allein durch kreative Erfindungen den Markt „zu erobern“, da das stra-tegische, prozessuale, strukturelle und kulturelle Fundament unsererhochentwickelten Industriegesellschaft mittlerweile eine enorm hoheKomplexität aufweist. Um unseren Kunden die richtigen Produkte in derrichtigen Qualität zum richtigen Preis und richtigen Zeitpunkt anbietenzu können, ist es entscheidender denn je, neben substanziellen fachli-chen Fähigkeiten auch über ein hochentwickeltes Managementver-ständnis zu verfügen. Nur eine gezielte Verknüpfung von fundierterBranchenkompetenz mit bewährtem Management-Wissen ermöglicht inden heutigen Industriestrukturen die Konzeption, Entwicklung und Rea-lisierung von echten Innovationen, die in den (inter-)nationalen Märk-ten zu nachhaltig erfolgreichen Ergebnissen führen werden.

AbAbb. 1.1:b. 1.1: Verknüpfung von fundierter Branchenkompetenz mit bewährtem Management-Wissen als Grundlage erfolgreicher Innovationen (Quelle: Eigene Erstellung)

Die in Abbildung 1.1 dargestellte interdisziplinäre Verknüpfung vonfundierter Branchenkompetenz mit bewährtem Management-Wissen istein zentraler Erfolgsfaktor, um für den Kunden effektive und effiziente

Bewährtes Management-Bewährtes Management-WiWissenssen

FundiertFundierte Branchen-e Branchen-komkompetpetenzenz

» Strategieverständnis» Organisationskompetenz» Prozess-Know-how» Management-Werkzeuge» Komplexitätsbeherrschung

» Fachliche Kompetenz» Kreativität» Umsetzungskompetenz» Marktverständnis» Industrielles Netzwerk

INNOVATIONINNOVATION

ERFOLGREICHEERFOLGREICHE

1 PROLOG UND EINFÜHRUNG 13

Problemlösungen konzipieren, entwickeln und realisieren zu können.Und neue technische Lösungen werden letztendlich nur dann zu echtenInnovationen, wenn sie für den Endverbraucher umgesetzt und imMarkt entsprechende Resultate damit erzielt werden können.

Basierend auf einer gezielten Verknüpfung von fundierter Branchen-kompetenz mit bewährtem Management-Wissen wird mit dem vorlie-genden Fachbuch das vordergründige Ziel verfolgt, den heutigen Ka-rosserie-Leichtbau in der Automobilindustrie zu analysieren, zu evaluie-ren und Lösungen anzubieten, wie die Effektivität und Effizienz im Inno-vationsmanagement optimiert werden kann. Im Kern der nachfolgen-den Ausführungen geht es also darum, durch ein sinnvolles, strukturier-tes und systemisches Vorgehen einen unmittelbaren Beitrag dazu zuleisten, dass die Innovationskraft unserer hochentwickelten Automobil-industrie durch ganzheitliche und wirksame Innovationsprozesse imKarosserie-(leicht-)bau nachhaltig gefördert wird.

Vor dem Hintergrund schwindender fossiler Brennstoffreserven undzunehmender Umweltdiskussionen gewinnen alternative Antriebstech-nologien und Leichtbau in der internationalen Automobilindustrie der-zeit signifikant an Bedeutung. Und es ist davon auszugehen, dass so-genannte „Radikalinnovationen“ in diesen Technologiefeldern bereitsin naher Zukunft über den Erfolg und Misserfolg von Unternehmen inder Branche entscheiden werden.

Deshalb steht das Thema „Karosserie-Leichtbau“ auch im unmittelbarenZentrum laufender Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten vieler Auto-mobilhersteller, die aufgefordert sind, durch verbrauchsärmere und ab-gasoptimierte Fahrzeuge einen wesentlichen Beitrag zur Einsparung vonPrimärenergie zu leisten. Nachdem sich die kinetische Energie aus ½mv2

(m×a) bestimmt, kommt der Fahrzeugmasse und damit dem Karosserie-Leichtbau künftig eine immer größere Bedeutung zu. Neue, leichtere,innovative Konzepte und Werkstoffe werden gesucht, um die gesell-schaftlich wie (umwelt-)politisch geforderten Niedrigenergie- und Nied-rigemissionsfahrzeuge prozesssicher „auf die Straße“ bringen zu können.

14 1 PROLOG UND EINFÜHRUNG

Die Verknüpfung der progressiv geschwindigkeitssensitiven Eigenschaf-ten des Magnesiums (hexagonale Gitterstruktur: passive Fahrzeugsi-cherheit) mit den bekannt positiven Eigenschaften des Aluminiums imAutomobilbau (Oberflächenqualität, Korrosionsverhalten, automotive-spezifische Verbindungstechnologien usw.) legt beispielsweise denSchluss nahe, dass ein bimetallischer Aluminium-Magnesium-Verbundeine innovative Werkstoffkombination sein könnte, die möglicherweiseüber ein großes industrielles Erfolgspotenzial verfügen könnte. Auf Ba-sis eines hochfesten Aluminium-Magnesium-Verbundes wird in demvorliegenden Fachbuch deshalb unter anderem untersucht, analysiertund dargestellt, inwieweit eine solch erfolgversprechende Werkstoff-kombination für industrielle Anwendungen in der Automobilindustrieauch tatsächlich geeignet ist und über welch tatsächliches Erfolgspo-tenzial die Technologie im Karosserie-Leichtbau letztlich verfügt.

Durch eine gezielte Evaluierung des neuen bimetallischen Aluminium-Magnesium-Verbundes aus Marktsicht (Kundennutzenstudie) soll einkonkreter Beitrag zur Forschungsarbeit auf dem Gebiet der marktorien-tierten Werkstoffwissenschaften geleistet werden, indem durch ein ent-sprechendes Evaluierungsprojekt belastbare Erkenntnisse zum industri-ellen Erfolgspotenzial des Hybrids erarbeitet werden. In diesem Zu-sammenhang ist es für das Gesamtverständnis von wesentlicher Be-deutung, dass die dynamischen Umfeldbedingungen in der Automobil-industrie, wie wir sie derzeit vorfinden, und alle daraus resultierendenKonsequenzen vorab präzise erörtert werden, was im ersten Teil desvorliegenden Fachbuches ausführlich und allgemein verständlich dar-gestellt wird. Jeder Strategieentwicklungsprozess setzt eine fundierteAnalyse der Umwelt- und Rahmenbedingungen voraus, um Optionenüberhaupt mess- und beurteilbar darstellen zu können. Diese Prämissegilt insbesondere dann, wenn es darum geht, das künftige Erfolgspo-tenzial einer neuen Technologie mess- und beurteilbar zu evaluieren.

Die angewandte Methodik, das Vorgehen sowie die Darstellung derErgebnisse dieser umfassenden Marktanalyse zur Evaluierung des neu-en bimetallischen Aluminium-Magnesium-Verbundes stellen auf dem

1 PROLOG UND EINFÜHRUNG 15

Gebiet der Werkstoffwissenschaften in der vorliegenden Form eineNeuerung dar, da bislang noch keine – in der Literatur bekannte –Kundennutzenanalyse realisiert wurde, die werkstofftechnische Parame-ter und industrielle Akzeptanzkriterien in einen unmittelbaren kausalenZusammenhang stellt, um darauf basierend fundierte Werkstoffent-scheidungen im Karosseriebau treffen zu können. Diese Markt- bzw.Kundennutzenstudie – erstellt nach zahlreichen persönlichen Interviewsmit industriellen Anwendern und hochqualifizierten Werkstoffspezialis-ten der Automobilbranche – liefert die Grundlagen und damit dasFundament für alle weiteren Inhalte in dem vorliegenden Fachbuch.

Durch dieses Vorgehen wird sichergestellt, dass der Kundennutzen(„Customer Value“) in den Mittelpunkt aller weiteren Ausführungengestellt werden kann. Da ein positiver Kundennutzen der entscheidendeWettbewerbsfaktor ist, um Innovationen im Markt erfolgreich platzierenzu können, stellt die Markt-/Kundennutzenstudie eine unabdingbareVoraussetzung dar, um letztendlich eine echte Innovation für den Marktrealisieren und entsprechende Ergebnisse damit erzielen zu können.Dabei ist die Evaluierung des neuen bimetallischen Aluminium-Magnesium-Verbundes lediglich als ein konkretes Beispiel zu verstehen,wie der Kundennutzen neuer Werkstoffe fundiert analysiert und evalu-iert werden kann, um das tatsächliche Erfolgspotenzial technischerInnovationen im Karosserie-Leichtbau richtig einschätzen und erschlie-ßen zu können. Die Methodik und das Vorgehen haben Allgemeingül-tigkeit – der Untersuchungsgegenstand selbstverständlich nicht.

Auf Basis der dargestellten Markt- bzw. Kundennutzenstudie erfolgt imAnschluss eine direkte technische Gegenüberstellung von bereits indus-triell eingesetzten Leichtmetallen am konkreten Beispiel einer Rennfahr-zeug-Domstrebe. Der unmittelbare technologische Vergleich von Stahl,Aluminium und Magnesium zeigt am Beispiel eines konkreten Karosse-riebauteils, wie Leichtbaulösungen im Rahmen der Entwicklung analy-siert werden. Zu diesem Zweck wird die Domstrebe als tragendes Ele-ment der Karosserie in Stahl, Aluminium und Magnesium ausgeführtund nach definierten Kriterien im Fahrbetrieb erprobt. Um die Werk-

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stoffe ohne konstruktive Anpassungen im Gesamtsystem der Karosserietrennscharf gegenüberstellen zu können, handelt es sich bei der Dom-strebe um ein weitgehend systemunabhängiges und qualitätssensitivesBauteil. Dieses hat die Aufgabe, Kräfte und Momente, die vor allembei schneller Kurvenfahrt mit hohen Belastungen im Domlager desFederbeins auftreten, in die Struktur des Vorderwagens einzuleiten.Damit leistet sie auch einen messbaren Beitrag zur aktiven Fahrzeugsi-cherheit, da sie zur Steifigkeit des Vorderwagens und damit unmittelbarzum Fahrverhalten beiträgt. Da es in der Automobilindustrie nicht un-üblich ist, neue Technologien in Rennfahrzeugen zu erproben, um aufdiese Weise Erkenntnisse für Serienfahrzeuge im öffentlichen Straßen-verkehr zu gewinnen, folgt das dargestellte Projekt einem vielfach be-währten Vorgehen aus der industriellen Praxis.

Die dynamische Belastung des Bauteils im Rennfahrzeug ist aufgrundder eingeleiteten Kräfte und Momente vielfältig (Zug/Druck, Biegung,Torsion), so dass die technische Analyse der Domstrebe für unter-schiedliche Werkstoffe konkrete Erkenntnisse für weitere Anwendungenim Karosserie-Leichtbau liefert. Auf Basis einer mehrachsigen dynami-schen Kraft- und Spannungsanalyse an der Domstrebe werden dann imletzten Teil des vorliegenden Fachbuches die ermittelten Untersu-chungsergebnisse auf „Einzelteilebene“ dazu genutzt, Rückschlüsse aufden gesamten „Karosserie-Leichtbau in der Automobilindustrie“ zu zie-hen. Auch diese Rückschlüsse werden am Beispiel einer konkretenMachbarkeitsstudie dargestellt, um das Verständnis für die komplexenWirkungszusammenhänge im Karosserie-Leichtbau konkret und praxis-orientiert analysieren und erörtern zu können. Um Leichtbaupotenzialeauf „Gesamtfahrzeugebene“ systemisch und damit ganzheitlich er-schließen zu können, ist es erforderlich, nach definierten Auswahl-,Optimierungs- und Vergleichskriterien den bestmöglichen Kompromissbezüglich des Kundennutzens (relativer Preis/relative Qualität) zu fin-den. Daher ist die Karosserie als integriertes System zu verstehen, dasvon verschiedensten werkstofftechnischen, konzeptionellen, funktiona-len und fertigungstechnischen Abhängigkeiten geprägt ist.

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Die Erfüllung wirtschaftlicher und technologischer Anforderungen er-laubt aus Kundensicht keine Qualitätseinbußen oder signifikante Preis-erhöhungen, denn Karosserie-Leichtbau ist nicht sichtbar, so dass derKunde nicht dazu bereit ist, dafür einen höheren Preis zu entrichten.Folglich stellt sich die Frage, ob evolutionäre Entwicklungsschritte rei-chen, um sich im internationalen Marktumfeld erfolgreich behauptenzu können. Da die Gesamtarchitektur einer selbsttragenden Karosseriein der industriellen Praxis aus 200 bis 300 Einzelteilen besteht, die zueinem komplizierten, in etwa 300 kg schweren Gesamtsystem zusam-mengefügt wird, stellt sich nun die Frage, ob im Sinne von Gewichts-,Kosten- und Komplexitätsreduktion nicht neue, innovative Fahrzeug-konzepte realisiert werden sollten. In Kapitel 6 wird deshalb ein kon-zeptioneller Paradigmenwechsel im Karosserie-Leichtbau erörtert, derseinen Ursprung ebenfalls im Motorsport hat. Sekundäreffekte, die sichaus leichteren Karosserien ergeben (wie leichtere Fahrwerkskomponen-ten, Bremsen oder Räder) werden dabei ebenfalls beleuchtet.

Die im Rahmen dieses Fachbuches dargestellten Inhalte erfassen alsovon der Idee und Markt-/Kundennutzenanalyse über das Vorgehens-modell, die Berechnung und Konstruktion, die Simulation, die Prototy-penfertigung bis hin zur Erprobung alle Prozessschritte eines moder-nen, ziel- und ergebnisorientierten Innovationsmanagements in derAutomobilindustrie. Obgleich es in der Management-Lehre bereitszahlreiche Prozess- und Innovationsmodelle gibt, die einen solchenEvaluierungsprozess theoretisch beschreiben, so existieren bisher aberkaum konkrete Industrieprojekte, für die ein solcher Innovationsprozessbereits idealtypisch dargestellt worden wäre. Die gewählte „Dualstrate-gie“, das heißt, die marktseitige Evaluierung des neuen Aluminium-Magnesium-Verbundes aus Kundensicht einerseits und die technischeAnalyse unterschiedlicher Werkstoffe durch eine reale Rennfahrzeuger-probung andererseits, ist in der industriellen Praxis zwar nicht unüblich,wurde aber bislang in der vorliegenden Form noch nicht veröffentlicht.

Insofern ist der systemische Ansatz, der auf unterschiedliche Disziplinendes Fahrzeug- und Maschinenbaus zugreift (Werkstofftechnik, Konstruk-

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tion, Festigkeitslehre, Technische Mechanik, Maschinenelemente/Ver-bindungstechnik, numerische Lösungsverfahren usw.) zwar nicht neu,aber erforderlich, um über die Verknüpfung der verschiedenen fachli-chen Disziplinen des Fahrzeug- und Maschinenbaus mit bewährtemManagement-Wissen in der prozessualen Projektrealisierung neue wis-senschaftliche Erkenntnisse für den Karosserie-Leichtbau erzielen zu kön-nen. Abbildung 1.2 zeigt die zentralen Inhalte, die im vorliegendenFachbuch zu einer ganzheitlichen Erörterung des Themas „Karosserie-Leichtbau in der Automobilindustrie“ führen, in einer Übersicht:

AbAbb. 1.2:b. 1.2: Prozessschritte mit den zentralen Inhalten des vorliegenden Fachbuches (Quel-le: Eigene Erstellung)

AnalAnalysephaseysephaseMarkt- / Kundennutzenanalyse

Wo stehen wir derzeit im Karosserie‐Leichtbau?Wie können neue Technologien "ausKundensicht"wirksam evaluiertwerden?

•Umfeldanalyse•Marktbedürfnisse•Wettbewerbsumfeld•Relevanz eines neuen Leichtbau‐Werkstoffs (für Strangpressprofile)

Kundennutzenanalyse mit dem"Customer Value"

EEvvaalluuiieerruunngsgsphphaseaseMaterialgrundlagen /

Berechnung und Simulation

Wie kann die Leichtbaulösung für eintragendes Karosserieteil aussehen?

•Definition des Bauteils: Domstrebe•Konstruktive Anbindung•Theoretische Annahmen zur Krafteinleitung•Simulationsansätze für neue Werkstoffe

Rechnerische Belastungsanalysen:• Zug•Druck•Biegung•Torsion

•Berechnung in CATIAV5 (Lastannahmen)• Simulation als Ergänzung der CATIAV5‐Berechnung

VVaalliidierdierungsungsphphaseaseMessung zur Lastfallermittlung

Welche konkreten mehrachsigenBelastungen sind im Fahrbetriebunter Extrembedingungen(Hockenheimring) an denDomstreben zu ermitteln?Wie kann eine Leichtbaulösung aufBasis der realen Lastfälle aussehen?

Praktischer Nachweis der am Fahrzeugentstehenden Kräfte undMomente auf dieDomstrebe, Einsatzfähigkeit eines alternativenLeichbauwerkstoffes im Fahrzeug –Einbau undErprobung• Lastfallermittlung im Echtbetrieb(Extrembelastung auf der Rennstrecke)

•Messtechnische Erfassung und Auswertung•Erstellung der Lastfalldiagramme•Rückschlüsse für alternative Anwendungen

Praktische Belastungsanalyse

•Messtechnik (Hardware/DMS/…)•Versuchsteile im Vergleich

TransfTransferphaseerphaseRückschlüsse auf den gesamten

Karosserie-Leichtbau

Wie kann ein ganzheitlicher undwirtschaftlicher Karosserie‐Leichtbau in Zukunft aussehen?

•Komplexitätsreduktion•Fahrzeugkonzept• "Multimaterial"•Modularisierung•Fügetechnik•Gesamtfahrzeugkompetenz•Erfolgsvoraussteuerung

•Motorsport/Prototypen/Industrie•Reale Machbarkeitsstudie

ErgebniErgebnissesseSScchhllüüsssseellffrraagen Inhgen Inhaltealte

RelativerP

reis

Relat iv eQua lität

Zonedes ausgewogenenCustomerValues

NegativerCustomer Value

Positive rCust ome rValue

hochre levant

unterlegen

überlegen

Relevanz d erMerkmale ausKundensicht

w enig relevant

VVaalluuee MMaapp AAtt ttrriibute Chbute Chartart

1 PROLOG UND EINFÜHRUNG 19

Die in Abbildung 1.2 dargestellten Prozessschritte mit den zentralen In-halten des vorliegenden Fachbuches dokumentieren einerseits den Wegvon der Marktanalyse über technische Untersuchungen am konkretenBeispiel bis zum Wissenstransfer in die industrielle Praxis und unterstrei-chen andererseits den Anspruch, fundierte Branchenkompetenz mit be-währtem Management-Wissen gezielt zu verknüpfen (vgl. Abb. 1.1), umauf diese Weise neue Erkenntnisse für den Karosserie-Leichtbau in derAutomobilindustrie gewinnen zu können. Die sachlogische Abfolge derdargestellten Prozessschritte soll gleichzeitig auch genau jenes hand-werkliche Rüstzeug vermitteln, das für die Definition, Planung, Steuerungund Realisierung von Innovationsprojekten grundsätzlich erforderlich ist.

Durch die didaktische Gestaltung der dargestellten Prozessschritte sollnicht nur das inhaltliche Vorgehen verständlich vermittelt, sondern sollenauch mit Hilfe unterschiedlicher Instrumente und Methoden bereits ersteUmsetzungsmaßnahmen auf individueller und prozessualer Ebene dar-gestellt werden. Deshalb erfolgt die Darstellung der Inhalte auch ankonkreten Beispielen aus der industriellen Praxis, und nicht anhand vontheoretischen Fallstudien. Damit wird sichergestellt, dass das Wissen desvorliegenden Fachbuches auf der Untersuchungs-, Transfer- und derindustriellen Anwendungsebene gleichermaßen genutzt werden kann.Insofern wurden die verschiedenen Inhalte des vorliegenden Fachbuchesintensiv und selektiv im Hinblick auf den tatsächlichen industriellen Nut-zen behandelt. Im Rahmen der Erstellung dieses Buches wurde auf eineklare, nachvollziehbare und präzise Formulierung geachtet, die der ge-meinsamen Sprache („unité de doctrine“) heutiger Fahrzeugbauingeni-eure aus der industriellen Praxis entspricht. Auf diese Weise soll eineeinfache Wissenszunahme und Wissensvernetzung ermöglicht werden,um den praktischen Nutzen, der aus den Erkenntnissen der nachfolgendbeschriebenen Entwicklungsprojekte resultiert, zu erhöhen. Abbildung1.3 fasst das didaktische Gesamtkonzept des vorliegenden Fachbuchesgrafisch zusammen.

Das vorliegende Fachbuch soll in seinem übergreifenden, systemischenund ganzheitlichen Gesamtkonzept also einen substanziellen Beitrag

20 1 PROLOG UND EINFÜHRUNG

dazu leisten, dass die Innovationskraft wieder zum zentralen Wert-schöpfungstreiber unserer Gesellschaft – und insbesondere der Auto-mobilindustrie – wird. Es soll helfen, den Blick vom Wichtigen auf dasWesentliche zu lenken, damit unsere Fahrzeuge leichter werden undsich an den tatsächlichen Bedürfnissen der Kunden und damit desMarktes orientieren. Nur so können hiesige Unternehmen den Kampfum Entwicklungs- und Produktionsstandorte im internationalen Ver-gleich auch langfristig erfolgreich bestehen und dafür sorgen, dass dasWohlstandsniveau unserer hoch entwickelten Industriegesellschaft auchkünftigen Generationen in der bestehenden Form erhalten bleibt.

AbAbb. 1.3:b. 1.3: Didaktischer Aufbau des Gesamtkonzepts (Quelle: Eigene Erstellung)

Mein Dank gilt all jenen, die zur Entstehung dieses Buches beigetragenhaben – allen voran natürlich meiner langjährigen persönlichen Assisten-tin und MVI-Marketingverantwortlichen Constanze von Nell-Breuning, dienicht nur das mittlerweile fünfte gemeinsame Manuskript in seinen vielfäl-tigen Arbeitsständen mit mir entwickelte, sondern vor allem meine Formu-lierungen klarer und Argumente schärfer machte. Sie half mir dabei,meine Arbeitshypothesen immer wieder zu überprüfen, Handlungsemp-

Karosserie-Leichtbau

Karosserie-Leichtbau

inderAutomobilindustrie

inderAutomobilindustrie

UUNNTTERSUCHUNGSERSUCHUNGSEBENEEBENE

TTRRAANSFENSFEREBEREBENENE

IINDUSTRIELLENDUSTRIELLE AANWENDUNWENDUNGSEBENGSEBENENE

F Fo or rs sc ch hu un ng gs se er rge gebnis

bnis/Erkenntnisgewinn

/Erkenntnisgewinn

zurindu

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striellenAnwe

lenAnwendbarkeit

ndbarkeit

unte

unters rschiedliche

chiedlicherLeichtbauwe

rLeichtbauwerkstoffe

rkstoffe

Übertragung des erarbeitetenWissensauf ein physisches Bauteil für den Rennfahrzeugeinsatz

Projektdefinition Projektplanung / -steuerung / -realisierung Projektabschluss

Transformation der Ergebnisse aus der Untersuchungs- und Transferebeneauf künftige industrielle Einsatzgebiete im Karosseriebau

Erarbeitung von Fach- und Managementwissenauf Basis der definierten Problemstellung

Ausgangslage:Stand der TechnikInnovationsdruck

Strat. Erfolgspotenziale

Umfeldanalyse:Markt-/Kunden-nutzenstudie

Anforderungsprofile

BauteildefinitionBerechnung/KonstruktionPrototypenfertigung

1 PROLOG UND EINFÜHRUNG 21

fehlungen präziser zu formulieren und in ungezählten Überstunden mitgroßer Geduld in die verschiedenen Manuskriptstände einzuarbeiten.

Darüber hinaus bedanke ich mich bei Frau Dr. Elke Kiss und HerrnArpad Kiss für ihr langjähriges Vertrauen, das sie mir als Manager ihrerGesellschaften bisher entgegengebracht haben. Ohne die substanzielleUnterstützung meiner Kollegen aus der PROMOTIVE, PROPLANT, TVSund SOLVE-IT – alles Unternehmen unter dem Dach der MVI Group –wäre dieses Buch in der vorliegenden Form nicht entstanden. Insbe-sondere gilt mein Dank dem PROMOTIVE-Geschäftsführer RainerWagner, der mich im Rahmen der umfangreichen Markt-/Kunden-nutzenstudie unterstützte und das „Messtechnikprojekt“ zur Evaluierungder Domstrebe auf dem Hockenheimring koordinierte, den HerrenMarco Nolte und Artur Schlaht, die die mehrachsige dynamische Kraft-und Spannungsanalyse rechnerisch „simulierten“, den Herren MichaelGellrich, Guido Kohlenbeck, Alexander Peglow und Mathias Zerahn-Krautz, die die Messungen auf dem Hockenheimring vorbereiteten unddurchführten, sowie unserem „araxa racing“-Team, das unter der Lei-tung von Axel Plankenhorn das Rennfahrzeug für das Testprogrammeinsetzte. Im Rahmen der technischen Analyse der Domstrebe bedankeich mich auch bei der erfolgreichen Profirennfahrerin Ellen Lohr für ihreGeduld und Unterstützung bei den Tests sowie ihren gelungenen Epi-log. Ich bedanke mich ausdrücklich beim Team des Vogel Buchverlagsund den Kollegen aus der Vogel Business Media GmbH & Co. KG, diedas vorliegende Buch in relativ kurzer Zeit realisierten und veröffent-lichten – insbesondere natürlich Wilhelm Mißler, der nicht nur denKontakt zum Buchverlag herstellte, sondern freundlicherweise auch dasGeleitwort zum Buch verfasste. Nicht zuletzt gilt mein besonderer Dankauch meiner Familie, die mich zu jedem Zeitpunkt in vollem Umfangunterstützte – insbesondere meinem Vater, der mir nicht nur Gesamt-fahrzeugkompetenz vermittelte, sondern auch den Grundsatz „learn,earn and return“ lehrte.

Rainer Kurek,im Oktober 2010

22 DDIEIE AAUTUTOMOMOBILOBILINDUSTINDUSTRIE HEUTERIE HEUTE ––EINEEINEWWELT IMELT IM UUMBMBRUCHRUCH

Die vorliegende Arbeit entstand in den Sommermonaten des Jahres2010, in einer Zeit, die später einmal als Ausgangspunkt für die dritteRevolution in der Automobilindustrie bezeichnet werden wird. Vor demHintergrund gesättigter Triademärkte (Nordamerika, Westeuropa, Ja-pan) und aller daraus resultierenden Konsequenzen in den Industrie-strukturen der Automobilindustrie hat in den vergangenen Monaten un-ter den Marktteilnehmern der Branche ein „Ausscheidungsturnier“ be-gonnen, das bis heute einzigartig und dessen Ausgang noch nicht ab-sehbar ist. Alleine in den ersten drei Monaten des Jahres 2009 haben25 Automobilzulieferer aus Deutschland, beziehungsweise Zulieferer mitWerken in Deutschland, Insolvenz angemeldet. Diese Unternehmungensetzten noch im Jahr 2007 zusammen 4,5 Milliarden Euro um und be-schäftigten mehr als 32.000 Mitarbeiter im In- und Ausland.1 Seithergibt es kaum Beruhigung im Markt und noch ist nicht prognostizierbar,wann der Scheitelpunkt dieser Entwicklung erreicht ist. Es ist aber davonauszugehen, dass noch zahlreiche Automobilzulieferer und bis zu100.000 Mitarbeiter von der Insolvenzwelle betroffen sein werden.2

Diese Entwicklung ist gesamtwirtschaftlich und gesellschaftspolitischkritisch, da die Automobilindustrie mit einem Gesamtumsatz von etwa300 Milliarden Euro und fast 750.000 Direktbeschäftigten hierzulandenoch immer eine Schlüsselindustrie darstellt, von der alleine inDeutschland jeder sechste Arbeitsplatz abhängt. Mehr als 25 Prozentaller deutschen Forschungs- und Entwicklungsinvestitionen – das ent-spricht etwa 18 Milliarden Euro – werden von Unternehmungen des

1 Vgl. o. V. (2009): D-Day der Automobilzulieferer, Presseinformation vom 02.03.2009zum Thema „Krise in der Automobilindustrie“, Oliver Wyman GmbH

2 Vgl. ebenda.

24 2 DIE AUTOMOBILINDUSTRIE HEUTE – EINEWELT IM UMBRUCH

Automobilbaus finanziert. Hier werden reale und nicht nur virtuelleLeistungen erbracht, entsteht Wertschöpfung im wirtschaftlichen undnicht nur im finanziellen Sinne und wird Neues vor allem in Kunden-(Customer-) und nicht nur in Shareholder Value umgesetzt.

Die weltweite Automobilindustrie, einschließlich ihres äußerst komple-xen Netzes an Zulieferindustrien, ist seit mehr als hundert Jahren inerheblichem Umfang sowohl Initiator als auch Anwender neuesterTechnologien und damit unmittelbar für echte Sachwerte verantwort-lich. Nun aber ist diese Industrie ins Stocken geraten, zumindest inihren bisherigen Kernmärkten, wie am Beispiel der amerikanischenAutomobilindustrie genauso beobachtet und nachvollzogen werdenkann wie an jenen Westeuropas oder Japans. Die Stammmärkte sindgesättigt, die Branche hat ihre Reifephase erreicht. Die daraus resultie-renden Folgen sind zunehmender Wettbewerbsdruck, Wettlauf um In-novationen, Effizienzsteigerungsprogramme sowie Übernahme- undKonzentrationswellen.3

Verantwortungsbewusste, kompetente und vorausschauende Automobil-manager gehen schon seit geraumer Zeit davon aus, dass es sich bei deraktuellen Marktsituation nicht um einen vorübergehenden Zustand handelt,sondern eine weitere Konsolidierung der Branchenstruktur zu erwarten ist.Trotz des zwischenzeitlichen Wirtschaftswachstums im 1. Halbjahr 2008 –geprägt von unterschiedlichen Erfolgsgeschichten aus anderen Branchen –,Abwrackprämie und vorübergehenden „Scheinstabilitäten“ stagniert derInlandsmarkt für Pkw nun bereits seit mehr als fünf Jahren. Es ist absehbar,dass die Konzentrationszyklen im Markt künftig noch unter deutlich ver-schärfteren Spielregeln stattfinden werden als bisher, da neue Mitbewerber– wie der indische Automobilhersteller Tata Motors oder verschiedene chi-nesische OEM4 wie BYD, Landwind oder Tianjin – sukzessive in die interna-tionalen Märkte drängen werden, insbesondere auch deshalb, da der chi-nesische Inlandsmarkt nicht beliebig wachsen wird und der Export stetig

3 Vgl. Kammerlander, Hans/Kurek, Rainer (2008): Direttissima zum Erfolg, FAZ-Verlag,Frankfurt a. M., S. 11 f.

4 OEM: „Original Equipment Manufacturer” (Automobilhersteller)

AKTUALITÄT UND RELEVANZ DES THEMAS „LEICHTBAU“ 25

zunimmt.5 Da die Automobilindustrie wegen ihrer gesamtwirtschaftlichenBedeutung maßgeblich am wirtschaftlichen Aufstieg, aber auch am Nie-dergang von ganzen Wirtschaftsräumen beteiligt ist, sind nun alle Unter-nehmen der Branche gefordert, durch die richtigen Innovationen einenBeitrag dazu zu leisten, möglichen wirtschaftlichen und gesellschaftlichenSchäden vorzubeugen und durch neue, substanzielle technologische Er-kenntnisse dazu beizutragen, dass der bisherige Wettbewerbsvorsprungunserer modernen, hoch leistungsfähigen Automobilindustrie auch weiter-hin erhalten bleibt.

Dynamische Veränderungen und schwierige Umbruchzeiten – wie siederzeit in der Automobilindustrie anzutreffen sind – erfordern von denUnternehmungen ein hohes Maß an Innovationsbereitschaft und-fähigkeit. Künftige Marktmechanismen frühzeitig zu erkennen, sichverändernde Marktstrukturen zu verstehen und daraus erfolgreicheStrategien für die Produktentwicklung und -realisierung abzuleiten, sindkomplexe Aufgaben, von deren professioneller Ausübung die Innovati-onskraft sowie die effektive und effiziente Nutzung der Ressourcen un-serer Gesellschaft abhängt.

2.12.1 AktuAktualität unalität und Relevanz des Themas „Leichtbau“d Relevanz des Themas „Leichtbau“

Die tiefgreifenden Umstrukturierungen in der internationalen Automobil-industrie haben nach den amerikanischen OEM – Chrysler, GeneralMotors, (Ford) – nun auch die hiesigen Automobilhersteller erreicht.Überkapazitäten in der Branche und das Nichterreichen erforderlicherBreak-Evens kennzeichnen viele Bereiche der europäischen Automobil-industrie, so dass Innovationsfelder wie „Ressourcenschonung“ und„Emissionsreduzierung“ als strategische Erfolgspotenziale zunehmend an

5 Vgl. o.V. (2009): Sind die fetten Jahre vorbei?, in: AUTOMOBIL PRODUKTION,Ausg. März 2009, S. 60 ff.

26 2 DIE AUTOMOBILINDUSTRIE HEUTE – EINEWELT IM UMBRUCH

Bedeutung gewinnen. Vor dem Hintergrund einer immer fragileren Ener-gieversorgung und ständig zunehmender Umweltschutzanforderungen(„legal regulations“) sieht sich die Automobilindustrie derzeit vor derAufgabe, durch verbrauchsärmere und abgasoptimierte Fahrzeuge zursignifikanten Einsparung von Primärenergie beizutragen und damit dengesellschaftlichen Anforderungen zu entsprechen. Dabei setzen die meis-ten Automobilhersteller im Pkw-Segment bereits heute auf Hybrid- undkünftig verstärkt auf Elektroantriebe, die die Niedrigenergie- und Nied-rigemissionsfahrzeuge der Zukunft antreiben sollen.

Da bislang nicht klar ist, wie der Markt (Endkunde = Verbraucher =Autokäufer) Fahrzeuge mit alternativen Antriebsarten tatsächlich an-nehmen wird, entwickeln die meisten Automobilhersteller Fahrzeugkon-zepte, die sowohl für Verbrennungsmotoren (Otto/Diesel) als auch füralternative Antriebe ausgelegt werden (GM Chevrolet Volt, FIAT Phyllau.v.m.). Diese Vorgehensweise ist differenziert zu betrachten, da dietechnischen Rahmenbedingungen (Package, Aerodynamik, passi-ve/aktive/integrierte Fahrzeugsicherheit, Rollwiderstand u.v.m.) für einFahrzeug mit Verbrennungsmotor in der Regel andere sind als jene, diebeispielsweise für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder Elektroantriebgelten. Darüber hinaus bewirken Akkumulatoren zur Energiespeiche-rung Zusatzgewicht, für das wiederum Energie zur Verfügung gestelltwerden muss. Insofern ist es naheliegend, dem „Leichtbau“ in der Au-tomobilindustrie zumindest dieselbe Aufmerksamkeit zu schenken wieder Elektromobilität.

Abbildung 2.1 zeigt zehn unterschiedliche Exponate von Niedrigener-gie- und Niedrigemissionsfahrzeugen, die führende Automobilherstellerauf dem Genfer Automobil Salon im Frühjahr 2009 der Öffentlichkeitpräsentierten: