Fabrikkhallane hos den tyske bilprodusenten Audi, i byen Neckarsulm, summar av lyd. Her arbeider drygt 700 robotar, 24 timer i døgnet, fem dagar i veka.

Med stakkato rørsler dreier dei rundt seg sjølv, flyttar delar, punktsveiser og monterer.

Denne dagen er det ein flunkande ny modell av A8 – ein luksuslimousin som i Noreg er prisa til godt over millionen – som blir sett saman.

A8 har det produsenten kallar ein hybrid design: Karosseriet er laga av aluminium, framskjermar og pyntelister av plast, bakramma av magnesium og panseret av komposittmateriale.

1,8 tonn tunge A8 er relativt sett ein lettvektar. Berre i karosseriet er 140 kilo slanka vekk ved bruk av aluminium i staden for stål. Også andre modellar gjennomgår for tida ein dramatisk vektreduksjon. 

I slankeprosessen står mange gode krefter bak, mellom andre den norske aluminiumsprodusenten Hydro; og SIMLab, eitt NTNU-senter for forskingsdrevet innovasjon.

– Lettare biler er meir miljøvennlege bilar. Dei bruker mindre drivstoff og gir lågare utslepp. Lettmetallforsking er derfor også miljøforsking, slår SIMLabs leiar, Magnus Langseth, fast.

Vi møter han i Neckarsulm, der han saman med kollegaer og andre støttespelarar er på besøk hos sin industripartnar. For å evaluere dei siste åras samarbeid, og for å diskutere kursen framover.

Lågare vekt, mindre utslepp

Bilen har lagt jamt og trutt på seg dei siste tiåra. Krav til kollisjonssikkerheit, meir bruk av servo og turbo, katalysator for reinare eksos, og ikkje minst fleire firehjulstrekkarar, har medført at bruksbilen si gjennomsnittsvekt har auka betrakteleg.

Det er derfor Audi og andre bilprodusentar arbeider kontinuerlig med å redusere vekta på sine bilmodellar.

Ein vektreduksjon på 100 kilo reduserer CO2-utslippet med vel ti gram per kilometer, og drivstofforbruket med ein halv liter per 100 kilometer.

Samtidig skjerpast krava til sikkerheit, og det ligg ei utfordring i å oppnå tryggare bilar samtidig som vekta går ned.

Slankekur sidan 1980-tallet

Audi starta arbeidet med vektreduksjon allereie i 1982, og i 1994 etablerte dei sitt aluminium- og lettvektssenter. Ein annan milepæl var utviklinga av den såkalla Audi Space Frame (ASF) som debuterte i 1993.

Det var den første bilen i historia med eit sjølvberande karosseri av aluminium – eit konsept som i dag er vidareutvikla og raffinert i Audis mange modellar. 

Ved senteret forskar no 170 menneske på korleis stål kan bytast ut med aluminium og andre lettare materiale.

Karosseria består i dag av mange ulike materiale. Det er først og fremst fleire typar stål og aluminium, men i dei dyraste modellane finn vi også karbonfiber, komposittar, magnesium og plast.

Laboratorium i verdstoppen

SIMLab er eitt av Forskingsrådets senter for forskingsdrevet innovasjon. Det fulle namnet er Senter for innovativ modellering og laboratorietesting av materiale og konstruksjonar, og senteret held hus ved NTNU.

– Materialmiljøet ved NTNU og SINTEF har samarbeidd med Audi og andre bilfabrikkar i snart ti år, tre av desse åra gjennom SIMLab, seier Magnus Langseth.

– Det vi først og fremst scorar på, er at vi er sterke på både testing og modellering. Vi kan foreine det teoretiske med det praktiske, og veit kor viktig det er med praktiske forsøk for å verifisere og korrigere datamodellane våre, påpeikar han.

– Spesielt høg kompetanse har vi på storskala krasjsimuleringar, samt datamodelleringar og materialforbindelsar. Denne kombinasjonen av gode lab-fasilitetar og avansert modellering gjer oss attraktive for internasjonal industri, som for eksempel bilprodusentar.

– For oss er det viktig å drive grunnforsking. Men vi hentar ut frå grunnforskinga det som er praktisk brukbart for industrien. Då blir også industrien interessert i å finansiere den langsiktige forskinga vår.

– Gjensidig tillit og høg kompetanse er stikkord for eit godt samarbeid med industrielle støttespelarar, slår Langseth fast.

Design med mange dilemma

Thomas Hambrecht, leiar for funksjonell design, er Audis kontaktperson mot forskingsmiljøet i Trondheim.

Han forklarer at utviklinga av lettare biler trekker med seg ein del dilemma:

– Ein vil ha lågare vekt, men samtidig auka sikkerheit. Ein legg inn meir elektronikk, men krev høgare pålitelegheit. Bilen skal vere meir romsleg innvendig, men meir kompakt utvendig.

Fleire materialtypar

For å kunne levere lettare og samstundes sikrare bilar har Audi satsa sterkt på hybrid bruk av materiale. Det vil seie at ulike typar stål og aluminium blir brukt i forskjellige delar av karosseriet, avhengig av kva slags funksjon ein bestemt del skal fylle.

Bruk av komposittar og karbonfiber har også kome til, men i avgrensa grad sidan kostnaden for desse materiala er omtrent fem gonger høgre enn for stål.

Denne blandinga av materialtypar har gjort det nødvendig å ta i bruk ulike måtar for samanføying av materiale. På samlebandet hos Audi svingar robotarmane raskt og punktsveiser karosseriets stålpanel.

Men der aluminium og stål skal samanføyast, nyttar det ikkje å sveise. Då er løysinga lim og naglar, gjerne i kombinasjon. Dette er eitt av områda der Audi får bistand frå SIMLab i Trondheim, blant anna med uttesting av nagleforbindelsar.

Lettvektspioneren Timm

Sjefen for Audis aluminium- og lettvektssenter, Heinrich Timm, vert gjerne kalla Tysklands «lettvektskonge». Han har vært ein pioner på vektreduksjon og fått ei rekke prisar for arbeidet på dette feltet.

Timm er mannen bak Audis ASF-plattform i 1994, det sjølvberande karosseriet som ga han Porscheprisen tre år seinare.

Første generasjons vektreduksjon var basert på å utnytte ulike typar stål. Aluminium ble rett nok vurdert som ein muligheit allereie i 1982, men vart den gangen forkasta.

– Det let seg ikkje gjere av akustiske grunnar, forklarer Timm.

– Støynivået inne i kupeen auka med 9 desibel, og det var for mykje. Vi måtte dessutan lære oss meir om eigenskapane til materialet, og korleis vi skulle forme det og sette saman dei ulike delane.

Slankinga starta for alvor på midten av 1990-tallet.

– I A4 brukte vi ein hel meny av ulike ståltypar, i alt elleve. For eit karosseri med ei vekt på 350 kilo klarte vi å redusere totalvekta med ti prosent, seier Timm. 

Lett skaper meir lett

I dag er Audi komen eit langt steg vidare. ASF-teknologien hentar inspirasjon og idear frå naturen, blant anna ved å sjå på korleis beinstrukturen er bygd opp i fuglar og hos menneske.

– Prinsippet er at vi bruker materiale berre der det er kraftliner, poengterar Timm. – Vi legg på gram berre der dei har ein funksjon.

Foreløpig er det berre dei dyraste modellane som gjennomgår slankeprosessen. Og den tiande bilmodellen som nå er ferdigslanka etter ASF-formelen, er den nye A8, som vi fortalte om innleiingsvis. Vektreduksjonen i karosseriet her utgjer nærare 140 kilo.

– Så får vi ein ytterligare reduksjon i bilens totalvekt på grunn av dei sekundære verknadene av denne innsparinga, understrekar Timm.

– Ein lettare bil gjer at vi også kan slanke dekk, bremsar og fjæring.

– Framtida er hybrid, slår Audis lettvektskonge, Heinrich Timm, fast.

Og då er det ikkje kombinasjonen bensin/elektrisitet han tenker på, men at blandinga av ulike materialtypar vil bli meir markert i åra som kjem.