Nachhaltige Elektromobilität durch Leichtbau und Funktionsintegration

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PD Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel, kommissarischer Institutsleiter des Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, zeigt auf dem Berliner KONGRESS am 19. + 20.03. die Bedeutung von Leichtbau für eine hocheffiziente Elektromobilität

Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, kurz IWU, betreibt anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung für die energie- und ressourceneffiziente Produktion mit dem Schwerpunkt in der Automobil- und Maschinenbauindustrie. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie werden in verschiedenen Leitprojekten geeignete Lösungen zur Verbesserung des Energie- und Ressourceneinsatzes in der Produktion entwickelt. Der Leichtbau nimmt dabei eine elementare Rolle ein. Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel leitet das Institut kommissarisch und ist zu Gast auf dem Berliner KONGRESS des Forum ElektroMobilität e.V., um das Thema „Effiziente Produktion – Leichtbau und Funktionsintegration“ zu beleuchten. Dr. Drossel gab dem Forum vorab einen Einblick in seine Präsentation:

Mit dem Wachstum der Weltbevölkerung, insbesondere in urbanen Räumen, und dem parallelen Streben nach Wohlstand ist auch eine zunehmende Beanspruchung natürlicher Ressourcen verbunden. Diese stehen jedoch nur begrenzt zur Verfügung. Vor diesem Hintergrund stehen Energie- und Ressourceneffizienz sowie Klima- und Umweltschutz im Fokus politischer, gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Diskussionen.

In Europa werden jährlich über 1800 Milliarden Euro Umsatz über die Produktion erwirtschaftet. Gerade die Produktion ist direkt an die Ressourcen gebunden und von deren Verfügbarkeit und Preis abhängig, in einigen Branchen bestimmen Material- und Energiekosten bereits maßgeblich den Preis des Endproduktes. Ein Weg, dem sich in bestimmten Bereichen abzeichnenden Ressourcenengpass zu entgehen, besteht darin, die verfügbaren Ressourcen effizient einzusetzen. Eine optimale Verwendung der am Herstellungsprozess beteiligten Rohstoffe und die optimale Ausnutzung der eingesetzten Energie kann die Abhängigkeit von den benötigten Ressourcen senken. Damit werden Rohstoffe frei, die für neue Produkte oder zur Erhöhung des bisherigen Produktionsumfangs genutzt werden können.

Am Beispiel der Automobilindustrie wird die enge Wechselbeziehung zwischen Ressourceneinsatz und Produktion deutlich. Klimawandel, Mobilitätsdruck, Urbanisierung, aber auch die politischen Rahmenbedingungen bezüglich der CO2-Grenzwerte bewirken bei den OEM entscheidende Veränderungen der Fahrzeug- und Mobilitätskonzepte hin zu nachhaltigen und ressourcenschonenden Lösungen. Die Elektromobilität ist dabei ein zentraler Lösungsansatz für eine nachhaltige Mobilität, vor allem, um die politisch geforderten Emissionsminderungen zu erreichen. Dies erfordert auch tiefgreifende strukturelle Veränderungen in der Automobilproduktion hinsichtlich Organisation, Technologie und Produktionssystemen. So ist nicht nur eine entsprechend effiziente Gestaltung von Komponenten hinsichtlich der späteren Funktion im Betrieb notwendig. Vielmehr sind im eigentlichen Herstellungsprozess ressourceneffiziente Prozesse und energieeffiziente Anlagen gefordert.

Um der Energie- und Ressourceneffizienz am Produkt und in der Herstellungskette gerecht zu werden, ist der Leichtbau eine der derzeit wichtigsten Strategien in der Automobilproduktion. Hochleistungswerkstoffe und konstruktive Optimierungen ermöglichen Gewichtsoptimierungen, die sich positiv auf die Umweltbilanz auswirken können. Ein Beispiel ist die vom BMBF geförderte Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“, die über 3 Jahre von 2010 bis 2012 mit 60 Partnern das Ziel einer kosten-, termin- und ressourcengesteuerten Karosseriefertigung mit 50 % weniger Energieeinsatz verfolgt. Laut Drossel soll dies realisiert werden, „indem der Energie- und Ressourcenbedarf der am Herstellungsprozess beteiligten produktionstechnischen Prozesse und Systeme signifikant verringert wird.“

Darüber hinaus erläutert Dr. Drossel einen zweiten zentralen Ansatz mit Blick auf die Elektromobilität: die Funktionsintegration. „Beispielsweise ermöglichen integrierte Piezo-Elemente eine Sensor- und Aktorfunktionalität der Bauteile, so dass diese in der Lage sind, ihre strukturdynamischen Eigenschaften an die Veränderungen der Belastungen, die auf sie wirken, selbständig anzupassen. Dadurch eröffnen sich Anwendungsfelder wie das Structural Health Monitoring, das heißt die Überwachung des Zustands von Strukturen zur Absicherung der Funktionsfähigkeit von Bauteilen sowie die aktive Reduzierung von Schallabstrahlung. Mit der Entwicklung von Produktionstechnologien für aktive Strukturbauteile durch die Integration von Piezoelementen befasst sich der Sonderforschungsbereich SFB/Transregio 39 PT-PIESA.“ Aktive Strukturbauteile zeichnen sich durch die direkte stoffliche Integration von Sensor-Aktor-Materialien in einen Leichtbaukonstruktionswerkstoff aus. Die stoffliche Integration des Wandlerwerkstoffs Piezokeramik erfolgt direkt im Prozess der Bauteilfertigung.“

Der gesamte Vortrag von Dr. Drossel ist am ersten KONGRESS-Tag am 19.03. in der Session „Querschnittsthemen“ zu hören. Das Vortragsprogramm sowie Informationen zum KONGRESS, zu Referenten und Ausstellern stehen online zur Verfügung: www.forum-elektromobilitaet.de/…. Aufgrund der begrenzten Teilnehmerzahl ist eine Anmeldung erforderlich. Informationen zum KONGRESS sowie Konditionen und Anmeldeformulare stehen ebenfalls online zum Download.

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