Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWMIm Leitprojekt FutureCarProduction erarbeitet ein Konsortium aus acht Fraunhofer-Instituten ganzheitliche Lösungsansätze zur Bewertung und Entwicklung integraler Karosseriekonzepte für einen nachhaltigeren Fahrzeugbau.
FutureCarProduction: Ganzheitliche Lösungsansätze zur Bewertung und Entwicklung integraler Karosseriekonzepte für einen nachhaltigen Fahrzeugbau
Laufendes Forschungsprojekt
Projektbeschreibung
Die Transformation zur Elektromobilität gilt als wichtiger Baustein zum Erreichen der EU-Ziele für klimaneutrale Mobilität bis 2050. Während bei Verbrennungsmotoren ca. 80% der CO2-Emissionen durch Abgase in der Nutzungsphase entstehen, stellt bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen die Produktion den entscheidenden Faktor für CO2-Emissionen dar. Hier steht neben der Batterie die Karosserie als zweitgrößter Emissionstreiber im Fokus. Folglich werden neue Karosseriekonzepte benötigt, die sowohl ökologische Nachhaltigkeit als auch technische Sicherheit und wirtschaftliche Effizienz gewährleisten.
Bei der aktuellen Karosserie-Produktion werden in der Regel über hundert einzeln gestanzte Metallteile zu einer Karosserie zusammengeschweißt. Eine Alternative hierzu stellt die Giga-Casting-Technologie von Tesla dar, bei der hoch integrierte Großgussteile in einem Stück aus Aluminium gegossen werden. Dadurch wird die Anzahl der benötigten Komponenten drastisch reduziert, die Produktion effizienter gestaltet und die Fertigungszeit verkürzt. Durch den im Vergleich zur konventionellen Fertigung erhöhten Materialausnutzungsgrad werden zudem Materialkosten und CO2-Emisionen eingespart. Es gibt jedoch auch kritische Stimmen, die auf potenzielle Mängel dieses neuen Ansatzes in Bezug auf Materialqualität, Reparaturfähigkeit und Crashsicherheit hinweisen.
Hier setzt das Projekt FutureCarProduction an: Das Projektkonsortium, bestehend aus acht Fraunhofer-Instituten, adressiert diese Herausforderungen im Hinblick auf Energie- und Materialeinsatz, Kreislaufwirtschaft, Reparaturfähigkeit und Strukturintegrität, indem es eine ganzheitliche Bewertung der Giga-Casting-Technologie und anderer innovativer Fertigungskonzepte (z.B. teilintegrale Ansätze) entwickelt.
Das Projekt verfolgt folgende Ziele:
- Entwicklung einer ganzheitlichen Konstruktions- und Bewertungsmethodologie für Fahrzeug- und Karosseriearchitekturen, die sowohl konventionelle als auch innovative Fertigungsprozesse berücksichtigt.
- Implementierung von Re-X-Prozessen, die die Wiederverwendbarkeit von Materialien fördern, sowie die Entwicklung von Konzepten für Re-Use, Re-Manufacturing und Recycling.
- Validierung der entwickelten Technologien und Methoden an einem Demonstrator, der auf einem Teilsegment einer Karosserie basiert und auf dem Technologiestand TRL 5-6 bewertet wird.
Damit liefert FutureCarProduction der Automobil- und Zulieferindustrie fundierte Entscheidungsgrundlagen und Methodologien, um Investitionen in neue Fertigungstechnologien und -anlagen strategisch und nachhaltig zu planen.
Teilvorhaben Fraunhofer IWM
Das Fraunhofer IWM ist im Projekt FutureCarProduction u.a. an der Erhebung von Primärdaten, der Erstellung von Simulationsmodellen für die Bewertung von Fertigungstechnologien sowie deren Integration in ein ökologisches Bewertungsmodell beteiligt. Darüber hinaus forscht das Fraunhofer IWM an der Bewertung der lokalen Werkstoffbeanspruchbarkeit und der Crashsicherheit von Bauteilen. Insbesondere wird die Festigkeit von Materialien unter realen Belastungsbedingungen untersucht, einschließlich der Auswirkungen von Recyclingmaterialien und Re-Use-Komponenten auf die strukturelle Integrität. In diesem Rahmen entwickelt das Fraunhofer IWM gemeinsam mit weiteren Fraunhofer-Instituten Verfahren zur zerstörungsfreien Analyse von integralen Karosseriestrukturen mittels Röntgenmethoden und Künstlicher Intelligenz. Diese Erkenntnisse fließen in die Weiterentwicklung von Bemessungsmethoden für Karosseriestrukturen ein, die sowohl den ökologischen Fußabdruck als auch die Lebensdauer als auch die Crashsicherheit von Bauteilen unter variierenden Bedingungen berücksichtigen.
Transfer der Projektergebnisse in FuE-Leistungen des Fraunhofer IWM
- Bewertung neuartiger Karosseriekonzepte
- Evaluierung von Fertigungsprozessen und Materialeinsätzen zur Optimierung der CO₂-Bilanz
- Bereitstellung von Daten und Tools zur ökologischen Bewertung von Karosserien
- Unterstützung bei der Implementierung von Circular Economy Strategien zur nahtlosen Integration in bestehende Produktionsprozesse
- Einschätzung der Einsatzfähigkeit von Re-Use-Komponenten hinsichtlich ihrer Crashsicherheit