KEM Konstruktion Connected mobile Machines & Mobility (CMM) 2020
Trendthemen: Kongressmesse CMM, Connected Mobility, Cludtechnologie, autonomes Fahren, Testen in the Loop, Antriebe und Komponenten, Entwicklungstools und Produktion; KEM Perspektiven: Elektromobilität und Leichtbau; KEM Porträt: Nils Martens und Dr. Manfred Stefener, Freudenberg Sealing Technologies Trendthemen: Kongressmesse CMM, Connected Mobility, Cludtechnologie, autonomes Fahren, Testen in the Loop, Antriebe und Komponenten, Entwicklungstools und Produktion; KEM Perspektiven: Elektromobilität und Leichtbau; KEM Porträt: Nils Martens und Dr. Manfred Stefener, Freudenberg Sealing Technologies
ANTRIEB & KOMPONENTEN PERSPEKTIVEN Leichtbau bedeutet für E-Autos weit mehr als nur Reichweite Ganzheitlich abspecken Vor drei Jahren machte ein Versuch darauf aufmerksam, dass Gewicht bei E-Autos hinsichtlich Reichweite eher sekundär sei. Leichtbau wirkt jedoch wesentlich breiter im System, die Technologie wird daher nicht unwichtiger – ihre Vorteile verlagern sich jedoch: Künftig verschiebt sich die Grundlage des Effizienzgewinns vom Endprodukt Auto in den Produktionsprozess. Tobias Meyer, freier Mitarbeiter für KEM Konstruktion Leichtbau soll künftig nicht mehr nur auf die CO2-Emissionen am Auspuff zielen, sondern auch Faktoren wie Produktion und Materialaufwand positiv beeinflussen Bild: Schuler Ob Leichtbau oder nicht, diese Frage stellt sich ein Ingenieur eigentlich nicht. Für uns ist es völlig natürlich, ein Bauteil aus so wenig Material und so leicht wie möglich zu fertigen“, sagt Christoph Wagener von Strukturteil-Zulieferer Kirchhoff Automotive. Vor wenigen Jahren wurde der Leichtbau noch als wichtige Säule im Automobilbau der Zukunft gesehen – dann schlug die E-Mobilität ein wie eine Bombe: Die als grüne Speerspitze angesehenen Fahrzeuge tragen gerne eine halbe Tonne Akku unter dem Boden. Es scheint, als seien die zuvor im Verbrenner mühevoll eingesparten Kilos nun völlig irrelevant. Ein im Jahr 2017 medial viel beachteter Versuch von Ferdinand Dudenhöffer – damals Professor an der Universität Duisburg-Essen – belegte diese These teilweise: Der Verbrauch von schwer beladenen E-Autos fällt im Vergleich zu leeren Fahrten kaum höher aus. Grund sei hier vor allem die Energierückgewinnung (Rekuperation) beim Bremsen, wobei der Generator durch mehr Gewicht auch mehr Strom produziert und so die Zuladung großteils ausgleiche. Das dem nicht ganz so ist, im Kern aber stimmt, erklärt Wagner Anhand der hohen Effizienz der aktuellen Motoren, E-Antrieb wie Verbrenner: 100 kg Gewichtseinsparung würden bei Diesel und Benzin etwa 0,12 bis 0,16 l auf 100 km sparen, beim E-Auto blieben 0,46 kWh mehr im Akku. Da solche immensen Gewichtsreduktionen jedoch sehr aufwändig sind, sieht er die Ziele des künftigen Leichtbaus nicht mehr in der reinen CO 2 -Reduktion, sondern auch in der Schonung von Ressourcen durch weniger Materialeinsatz. Zudem könnten dann auch andere Bauteile wie Achsen schlan- 34 K|E|M Konstruktion Sonderausgabe Connected mobile Machines & Mobility (CMM) 2020
escha.net Batteriegehäuse aus CFK für E-Autos werden bereits in Serie produziert Bild: SLG Carbon ker gebaut werden. Eine größere Fahrzeugmasse ist zudem im Crashfall nachteilig, da mehr Energie abgebaut werden muss. „Somit wird in Zukunft der Fokus noch stärker auf einem kostengünstigen, ganzheitlichen und systemischen Leichtbau liegen“, prognostiziert Wagener. „Durch Dinge wie den Digital Twin sind Leichtbau- Konzepte heute zudem besser zu verkaufen, da der Nutzen in einem komplexen System wesentlich schneller erkennbar ist.“ Ganzheitlicher Blick statt nur CO 2 -Reduktion Auf der Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbautechnologien des VDMA wiesen die Experten daher mit Blick auf das oben genannte Gewichtsexperiment Dudenhöffers darauf hin, dass dessen Schlussfolgerungen weiter gedacht werden müssten: Denn wenn ein E-Auto von vornherein leichter gebaut wird, kann auch der Motor schwächer ausgelegt und die Batterie damit kleiner sein, was insgesamt weniger Rohstoffe verbraucht. Der Leichtbau wird künftig daher nicht mehr nur ein Konzept zur Gewichtsreduktion mit dem direkten Ziel einer höheren Reichweite sein, sondern den Footprint des Fahrzeugs an sich verbessern. Dabei beeinflusst das Konzept inzwischen nicht mehr nur das Fahrzeug an sich, sondern auch dessen Produktionsprozesse. Denn auch deren Emissionen werden künftig stärker beachtet werden: Aktuell liegt der Fokus noch auf den Batterien, die öffentlichkeitswirksam immer „grüner“ produziert werden. Aber auch andere Komponenten wie Aluminium und Kunststoffe müssen hier wohl künftig in größerem Kontext betrachtet werden, weshalb ein ressourcenschonender Leichtbau auch im E-Auto sinnvoll ist. Patric Winterhalter, Produktmanager Composites bei Pressenhersteller Schuler sieht daher einen steigenden Bedarf für Leichtbauanwendungen, Faserverbund stelle dabei eine wichtige Technologie dar: „Aktuell sind die Herausforderungen hier die ineffiziente Materialausnutzung, hohe Ausschussraten und teilweise keine fortlaufende Qualitätssicherung. Zudem sind die Verfahren nur für kleine und mittlere Produktionsvolumen geeignet.“ Notwendig sei daher eine Steigerung der Produktivität und Effizienz. Derzeit wird vor allem mit dem Harzinjektionsverfahren (RTM) gearbeitet, dabei wird die – mit Verschnitt – vorkonfektionierte Faser in eine Form gelegt und diese dann mit Harz ausgespritzt. Dabei staffelt sich die Kostenverteilung eines RTM-Bauteils in 50 % Material, 35 % Betrieb und Kunststoffüberwürfe Die farbige und kostengünstige Alternative zu Edelstahl temperatur- und medienbeständig, robust für Nutz- und Agrarfahrzeuge Anzug per Hand oder Nm-Schlüssel IP65 | IP67 | IP68 UL zugelassen 4 Farben zur Steckplatzmarkierung
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Batteriegehäuse aus CFK für E-Autos werden bereits in Serie produziert<br />
Bild: SLG Carbon<br />
ker gebaut werden. Eine größere Fahrzeugmasse ist zudem im<br />
Crashfall nachteilig, da mehr Energie abgebaut werden muss. „Somit<br />
wird in Zukunft der Fokus noch stärker auf einem kostengünstigen,<br />
ganzheitlichen und systemischen Leichtbau liegen“, prognostiziert<br />
Wagener. „Durch Dinge wie den Digital Twin sind Leichtbau-<br />
Konzepte heute zudem besser zu verkaufen, da der Nutzen in einem<br />
komplexen System wesentlich schneller erkennbar ist.“<br />
Ganzheitlicher Blick statt nur CO 2 -Reduktion<br />
Auf der Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbautechnologien<br />
des VDMA wiesen die Experten daher mit Blick auf<br />
das oben genannte Gewichtsexperiment Dudenhöffers darauf hin,<br />
dass dessen Schlussfolgerungen weiter gedacht werden müssten:<br />
Denn wenn ein E-Auto von vornherein leichter gebaut wird, kann<br />
auch der Motor schwächer ausgelegt und die Batterie damit kleiner<br />
sein, was insgesamt weniger Rohstoffe verbraucht. Der Leichtbau<br />
wird künftig daher nicht mehr nur ein Konzept zur Gewichtsreduktion<br />
mit dem direkten Ziel einer höheren Reichweite sein, sondern<br />
den Footprint des Fahrzeugs an sich verbessern. Dabei beeinflusst<br />
das Konzept inzwischen nicht mehr nur das Fahrzeug an sich, sondern<br />
auch dessen Produktionsprozesse. Denn auch deren Emissionen<br />
werden künftig stärker beachtet werden: Aktuell liegt der Fokus<br />
noch auf den Batterien, die öffentlichkeitswirksam immer „grüner“<br />
produziert werden. Aber auch andere Komponenten wie Aluminium<br />
und Kunststoffe müssen hier wohl künftig in größerem Kontext betrachtet<br />
werden, weshalb ein ressourcenschonender Leichtbau<br />
auch im E-Auto sinnvoll ist.<br />
Patric Winterhalter, Produktmanager Composites bei Pressenhersteller<br />
Schuler sieht daher einen steigenden Bedarf für Leichtbauanwendungen,<br />
Faserverbund stelle dabei eine wichtige Technologie<br />
dar: „Aktuell sind die Herausforderungen hier die ineffiziente Materialausnutzung,<br />
hohe Ausschussraten und teilweise keine fortlaufende<br />
Qualitätssicherung. Zudem sind die Verfahren nur für kleine<br />
und mittlere Produktionsvolumen geeignet.“ Notwendig sei daher<br />
eine Steigerung der Produktivität und Effizienz. Derzeit wird vor allem<br />
mit dem Harzinjektionsverfahren (RTM) gearbeitet, dabei wird<br />
die – mit Verschnitt – vorkonfektionierte Faser in eine Form gelegt<br />
und diese dann mit Harz ausgespritzt. Dabei staffelt sich die Kostenverteilung<br />
eines RTM-Bauteils in 50 % Material, 35 % Betrieb und<br />
Kunststoffüberwürfe<br />
Die farbige und kostengünstige<br />
Alternative zu Edelstahl<br />
temperatur- und medienbeständig,<br />
robust für Nutz- und Agrarfahrzeuge<br />
Anzug per Hand oder Nm-Schlüssel<br />
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