Die Audi ultra-Leichtbautechnologie

Der ultra-Leichtbau ist schon seit langem eine tragende Säule der Marke. Beim Einsatz von Aluminium als Karosseriematerial hat Audi bereits 1994 eine Pionierleistung vollbracht: Der erste A8 hatte eine Vollaluminium-Karosserie in der ASF-Technologie (Audi Space Frame).

Beim neuen Audi A3 Sportback lässt die ultra-Leichtbautechnologie das Gewicht gegenüber dem Vorgängermodell um bis zu 90 Kilogramm sinken. In der Version mit dem 1.4 TFSI wiegt der kompakte Fünftürer ohne Fahrer nur noch 1.205 Kilo­gramm. Audi, Pionier im weltweiten Leichtbau, hat die Gewichtsspirale umgekehrt und einmal mehr einen Bestwert gesetzt.

ultra-Leichtbau in der Karosserie
Die breit gelagerte Expertise der Karosserie-Entwickler von Audi beschränkt sich keineswegs auf einen bestimmten Werkstoff, vielmehr schließt sie alle relevanten Materialien ein. Die Multimaterial-Bauweise des neuen Audi A3 Sportback entstand getreu der Maxime: Das richtige Material am richtigen Ort für die optimale Funktion.

In der Fahrgastzelle bilden Highend-Bauteile aus formgehärtetem Stahl einen starken und zugleich leichten Verbund. Vor dem Umformen werden sie in einem Durchlaufofen auf fast 1.000 Grad Celsius erhitzt und direkt danach im wasser­gekühlten Presswerkzeug auf etwa 200 Grad abgekühlt.

Dieser extreme Temperatursprung erzeugt ein Eisen-Kohlenstoff-Gefüge von extremer Zugfestigkeit. Die formgehärteten Stähle kommen mit relativ geringen Wandstärken aus und sind entsprechend leicht.

Die formgehärteten Stähle haben circa 25 Prozent Anteil an der Karosserie. Sie sind im Übergang des Vorderwagens zur Passagierzelle, bei den A-Säulen, den Dachbögen, dem Mitteltunnel, den Seitenschwellern und im Bodenblech im Einsatz. Ein so genanntes tailored rolled blank bildet den Übergang vom Boden zum Hinterwagen – seine elf einzelnen Segmente sind in fünf unterschiedlichen Dicken ausgewalzt.

Die B-Säulen bestehen ebenfalls aus diesem Highend-Stahl; im unteren Bereich sind sie etwas nachgiebiger ausgelegt als im oberen, weil sie hier bei einem Seitenaufprall Energie abbauen müssen. Gemeinsam senken die formgehärteten Stähle im neuen Audi A3 Sportback das Gewicht der Fahrgastzelle um 37 Kilo­gramm im Vergleich zum Vorgängermodell.

In vielen weiteren Karosseriebereichen, etwa bei den Längsträgern und im Boden der Passagierzelle, sind hoch- und höchstfeste Stahlqualitäten im Einsatz. Aus Aluminium bestehen die Motorhaube, die Kotflügel, der Hilfsrahmen der Vorderachse sowie das als Crash-Absorber dienende Profil hinter dem Front­stoßfänger. Zusammen sparen die Aluminium-Bauteile etwa zwölf Kilogramm und verbessern dadurch die Verteilung der Achslasten.

Die Verarbeitung der Aluminiumkomponenten im Karosseriebau und ihre Verbin­dung mit den Stahlteilen ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Das Gleiche gilt für das Verschweißen der formgehärteten Komponenten, die eine korrosionshemmende Beschichtung aus einer Aluminium-Silizium-Legierung tragen. Audi profitiert hier von seinem großen Knowhow im ultra-Leichtbau – bei Modellen wie dem TT sind die Fügetechniken bereits seit Jahren erprobt. Im Karosseriebau des neuen A3 Sportback sind ganz unterschiedliche Verbindungstechnologien im Einsatz, darunter auch Kleben, Clinchen und Stanznieten.

Zwischen der Seitenwand und dem Dach, die beide aus Stahl bestehen, stellt eine Plasmatron-gelötete Naht die Verbindung her, die erlaubte Toleranz beträgt hier nur wenige Zehntelmillimeter. Die fertige Naht wird mit Bürsten geglättet – die praktisch unsichtbare Nullfuge, die so entsteht, ist Ausdruck des strengen Präzisionsdenkens von Audi.

Anders als beim Vorgängermodell werden die Türen und Fensterrahmen in einem Stück gepresst, auch das spart Gewicht. Die Türscharniere integrieren eine neuartige, komfortable Feststell-Mechanik.

Steifigkeit und Akustik
Die Karosserie des neuen Audi A3 Sportback erzielt sehr gute Werte in der statischen und dynamischen Torsionssteifigkeit – damit legt sie die Basis für die hohe Präzision zum Beispiel bei den Passungen von Türen, Front- und Heckklappen, in der Fertigung und beim akustischen Komfort an Bord. Eine geräuschdämmende Frontscheibe gehört zur Serienausstattung; trotz ihrer akustisch wirksamen Zwischenfolie ist sie nicht schwerer als das Vorgänger­bauteil.

Neu sind die zwei umlaufenden Dichtlinien, die Windgeräusche im Bereich der Türen und Fenster verringern. Zudem halten sie die Einstiege sauber. Die Außenspiegel, die auf der Türbrüstung sitzen, tragen ebenfalls zum akustischen Komfort bei.

Viele weitere Maßnahmen reduzieren die Innenraumgeräusche im neuen A3 Sportback. Zu ihnen gehören beispielweise die Radlaufschalen aus akustisch dämmendem Vlies-Werkstoff – ihr Gewichts-Effekt beläuft sich auf 0,5 Kilo­gramm. Die Dämmungen hinter den Säulenverkleidungen, hinter der Instrumententafel und im Gepäckraum bestehen aus demselben leichten Material.

Sicherheit und Aerodynamik
Bei der passiven Sicherheit liegt der neue Audi A3 Sportback auf Top-Niveau. Bei einem Frontalaufprall verteilt der vordere Querträger die Kräfte auf die beiden Längsträger, die sie durch definierte Verformung abbauen. Der Träger für Motor und Vorderachse sowie die Profile im oberen Bereich der Kotflügel fungieren als weitere Lastpfade. Wenn nötig, wird die Pedalerie von der Stirnwand entkoppelt; die Lenksäule nimmt Energie auf und verschiebt sich nicht in den Innenraum.

Bei einem Seitenaufprall bietet die Fahrgastzelle durch die formgehärteten Stahl-Bauteile wie die Schweller und die B-Säulen hervorragenden Schutz. Bei einem Heck-Crash wird die Last über den Stoßfänger-Querträger auf die groß dimensio­nierten Längsträger übertragen. Diese sind aus hochfestem Stahl gefertigt.

Bei einer Kollision mit einem Fußgänger erfüllt der neue Audi A3 Sportback alle gesetzlichen Vorschriften. Ab einer gewissen Kollisionsgeschwindigkeit wird ein neues System aktiv. Die Haube wird durch pyrotechnische Elemente im hinteren Bereich nach oben gedrückt. Der Abstand der Haube zu den Motorteilen wird dadurch vergrößert und der Aufprall des Passanten gedämpft.

Kleinere Kollisionen wie der so genannte Typschaden-Crash gehen ohne große finanzielle Folgen ab, das zeigt sich auch in der günstigen Typklassen-Einstufung – in seinem Segment ist der neue Audi A3 Sportback Best in Class. Auch beim so genannten RCAR-Bumpertest, bei dem die Kompatibilität mit dem Unfall­gegner im Mittelpunkt steht, schneidet er gut ab.

Der neue Audi A3 Sportback liegt satt auf der Fahrbahn – eine Stärke, an der die Aerodynamik-Spezialisten von Audi großen Anteil haben. Bis auf Höhe der B-Säule ist der Unterboden vollständig verkleidet. Die Abdeckung besteht aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff. Sie schützt das Blech und die Aggregate vor Salz, Nässe und Steinschlag und absorbiert unerwünschte Vibrationen. Kleine Spoiler vor allen Rädern helfen, die Strömung verlustarm zu führen. Der Aero-Unterboden verringert den Luftwiderstand des neuen Audi A3 Sportback um etwa zehn Prozent. Um das aerodynamische Potenzial voll auszuschöpfen, wurde bei der Durchströmung des Motorraums ebenfalls hoher Aufwand betrieben.

Auch dank der aerodynamischen Detailarbeiten, wie sie beispielsweise an Unter­boden und im Motorraum durchgeführt wurden, liegt der cW-Wert des neuen Audi A3 Sportback (Stirnfläche: 2,13 m2) bei lediglich 0,31.

ultra-Leichtbau im Innenraum
Das Audi ultra-Leichtbauprinzip beschränkt sich nicht auf die Karosserie oder auf Baugruppen und Teile – die Entwickler betrachten immer das gesamte Fahrzeug, und dabei zählt jedes Gramm. Nur so konnte das Leergewicht gegenüber dem Vorgängermodell um bis zu 90 Kilogramm zu verringert werden.

Das Audi ultra-Leichtbauprinzip haben die Ingenieure verinnerlicht – auch im Interieur des neuen Audi A3 Sportback kämpften sie gegen jedes überflüssige Gramm. Die neu entwickelten Sitze weisen ein Kilogramm Gewichtsersparnis aus; im Rahmen der Rücksitzbank ersetzen leichte Einleger aus Kunststoff den bisher verwendeten Stahldraht.

Eine neue Anordnung der Steuergeräte erlaubt weniger Verkabelungen und senkt das Gewicht um 1,5 Kilogramm. Der Gebläsemotor kommt mit weniger Wicklungen aus, die Klimaanlage verlor vier Kilogramm Gewicht. Das Gehäuse des Beifahrerairbags besteht aus Kunststoff, der Halter des MMI-Monitors aus Magnesium; beide Lösungen zusammen führen zu einer Gewichtsersparnis von 640 Gramm. Beim Vorgängermodell waren viele Verkleidungen im Innenraum mit Stahlschrauben befestigt, beim neuen Audi A3 Sportback sind hier Spreiznieten aus Kunststoff im Einsatz – die Verbesserung: vier Gramm pro Befestigungs­punkt. Beim Audi ultra-Leichtbauprinzip zählt jedes Gramm.

ultra-Leichtbau bei Motoren und Fahrwerk
Auch die Motoren haben im neuen Audi A3 Sportback deutlich an Gewicht verloren. Der 1.8 TFSI beispielsweise wiegt wenig mehr als 130 Kilogramm, beim 1.4 TFSI sind es nur noch 107 Kilogramm – 21 Kilogramm weniger als beim Vorgängermotor. Mit 15 Kilogramm Differenz hat das Aluminium-Kurbelgehäuse den größten Anteil an dieser Diät, doch der Fortschritt steckt auch in den kleinen Details – in den neuen Aluminium-Kolben oder in hohl gebohrten Pleuellager­zapfen.

Beim 1.8 TFSI bringt die Dünnwand-Technik des Kurbelgehäuses 2,4 Kilogramm Ersparnis. Beim 2.0 TDI schlägt die Montage der Ausgleichswellen im Motorblock mit drei Kilogramm zu Buche, modifizierte Schalldämpfer im Abgasstrang steuern weitere zwei Kilogramm bei. Bei allen Motorisierungen hat die Abgasanlage an Gewicht abgespeckt.

Im Fahrwerksbereich erleichtern der neue, einteilige Hilfsrahmen aus Aluminium und die Aluminium-Schwenklager (je nach Motor) die Vorderachse um insgesamt etwa sechs Kilogramm. Die optionalen 18 Zoll-Leichtmetallräder wiegen nicht mehr als die 17-Zöller; sie entstehen in der aufwändigen Flowforming-Technik. Das Felgenbett wird dabei unter hohem Druck und bei hoher Temperatur über einen Zylinder ausgewalzt. Die Anlage modelliert den Radrohling in einem einzigen Arbeitsschritt; dabei verfestigt sie das Material, was eine dünnere Wandstärke erlaubt – das Rad wird leichter und zugleich fester.

Umweltbilanz
Bei der Entwicklung des neuen A3 hat Audi eine Umweltbilanz für zwei Motorisierungen erstellt. Der 1.4 TFSI und der 2.0 TDI, beide mit manuellem Getriebe, wurden im Detail bewertet. Beide Varianten erzielen klare Vorteile gegenüber ihren Vorgängermodellen. Die Treibhausgas-Emissionen verringern sich zum Beispiel je nach Modell um etwa zwei Tonnen. Dies entspricht in etwa sieben bis neun Prozent der Treibhausgasemissionen im gesamten Lebens­zyklus. Einen erheblichen Anteil daran haben der wesentlich niedrigere Kraftstoff­verbrauch und das geringe Gewicht der neuen Modelle. Am Ende seines Lebens lässt sich der neue Audi A3 Sportback zu etwa 95 Prozent recyceln.

Bereits bei der Produktion besitzt das Thema Nachhaltigkeit hohe Priorität. Die neue Halle, in der die Karosserien des neuen A3 Sportback entstehen, trägt auf ihrem Dach eine Photovoltaikanlage, die 7.500 m2 Fläche einnimmt. Sie gewinnt pro Jahr rund 460 MWh Strom und vermeidet auf diese Weise 245 Tonnen CO₂-Emissionen. Alle Fertigungsanlagen und ihre Steuereinrichtungen sind in ein intelligentes Abschaltkonzept eingebunden, das in großem Stil Strom spart.

Die angegebenen Ausstattungen und Daten beziehen sich auf das in Deutschland angebotene Modellprogramm. Änderungen und Irrtümer vorbehalten.