Faserverbundkunststoff – Leichtbau für bodengebundenen Verkehr · 2013. 7. 9. · Bugatti Veyron...

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Faserverbundkunststoff – Leichtbau für bodengebundenen Verkehr 7. März 2013 Stuttgarter Kunststoff Kolloquium Alexander Kobilke Gundolf Kopp Roland Schöll Institut für Fahrzeugkonzepte, Stuttgart

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Faserverbundkunststoff – Leichtbau für bodengebundenen Verkehr 7. März 2013 Stuttgarter Kunststoff Kolloquium Alexander Kobilke Gundolf Kopp Roland Schöll Institut für Fahrzeugkonzepte, Stuttgart

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Agenda

Treiber des Leichtbaus Allgemein Vector 21

Karosseriebauweisen aus FVK-Werkstoffen und deren Herausforderungen

Entwicklungsbeispiel Spant-Space-Frame-Bauweise

Testing des B-Spants Fazit

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Megatrends im bodengebunden Verkehr

Fördermaximum von Erdöl erreicht Klimawandel findet statt Wachsende Bevölkerung, Konzentration

in Großstädten und Ballungsräumen Demographische Entwicklung

Zunehmende Effizienz Weniger Kraftstoffverbrauch und Senkung der CO2-Emissionen Alternative und regenerative Energie

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Simulation von Marktanteilen und CO2 Emissionen mit VECTOR 21

Fahrzeugkonzepte der Zukunft > Friedrich/Deißer > CCeV-Fahrzeugkonzepte.ppt > 30.06.2011 Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 5

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Simulationsergebnisse elektrische Antriebe Reichweitenerhöhung bei kleinen Fahrzeugen

Fahrzeugkonzepte der Zukunft > Friedrich/Deißer > CCeV-Fahrzeugkonzepte.ppt > 30.06.2011

0%

25%

50%

75%

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Massereduktion

Artemis Urban (mit Rekuperation)

Artemis Urban (ohne Rekuperation)

Artemis Road (mit Rekuperation)

Artemis Road (ohne Rekuperation)

Artemis Motorway (mit Rekuperation)

Artemis Motorway (ohneRekuperation)NEFZ (mit Rekuperation)

NEFZ (ohne Rekuperation)

25%

28%

Beispiel: Fahrzeugparameter

Fahrzeugmasse 1000 kgRollwiderstandskoeffizient 0,01Luftwiderstandsbeiwert 0,32Stirnfläche 2,2 m²nutzbare Batteriekapazität 28, 2 kWhWirkungsgrad Antriebsstrang 70%

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Typische Faserverbund-Strukturbauweisen

MONOCOQUE CHASSIS/HUT SPANT/SPACE-FRAME

HYBRIDISIERT

LB-Potenziale s. hoch gut mittel

Passive Sicherheit

gut in Funktionsbereiche trennbar sehr günstig wie Referenz*

Modularisierung u. Derivatbildung

eingeschränkt mittleres Potenzial sehr günstig wie Referenz*

Fertigungs-/ Montagelogistik

durch Module gut trennbar eingeschränkt, hohe Anforderung an die Fügetechnik

Kosten/ Fertigung

typische Kleinserientechnik

Mittel- bis Großserienkonzeption, spez. Automatisierung nötig

für Volumen s. hohe Automatisierungshürden

Beispiele Bugatti Veyron McLaren SLR

BMW i1 BMW i3

DLR FK BMW M6 Bentley Azure

Bildquellen: Bugatti, BMW, DLR, Audi/Volkswagen * Referenz Stahl-Unibody, Mittelklasse Fahrzeug

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Faserverbundwerkstoffe im Automobil am Beispiel Spant- Space- Frame- Bauweise

Werkstoff- und Verarbeitungstechnologien Passive Sicherheit

Modularisierungsstrategien

Gewährleistung der Insassensicherheit unter Berücksichtigung der Crashlastfälle bei neuartigen Fahrzeugkonzepten

Toleranzmanagement Montagekonzept Fügeverfahren

Systemische Betrachtung neuer Konzepte unter Berücksichtigung der individuellen Mobilität

Herausforderungen an das Gesamtfahrzeug

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Integration alternativer Antriebssysteme (z. B. Batterien) in den Fahrzeugboden Durchgängige Längsträger Ringförmige Spanten Energieabsorber zwischen Längsträger und Schweller Gezielter Faserverbundeinsatz

Faserverbundwerkstoffe Magnesium Aluminium Stahl

Grundkonzept

Spant- Space- Frame- Bauweise

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1. Lastfalldefinition/ Topologieoptimierung

2. Konstruktion/ Auslegung 3. Zusammenbau/

Qualitätskontrolle

4. Statische Vorunter- suchung 5. Dynamische

Simulation

6. Dynamischer Abschlusstest

Spant- Space- Frame- Bauweise Entwicklungsbeispiel B-Spant

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Spant- Space- Frame- Bauweise Testing des B-Spants

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GOM* Kamerasystem

GOM Messflächen

GOM*= Gesellschaft für optische Messtechnik

Entwicklung eines Prüfaufbaus zum Simulationsabgleich

Identifizierung der höchstbelasteten

Stellen

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Spant- Space- Frame- Bauweise IIHS-Seitencrash

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Spant- Space- Frame- Bauweise Vergleich der statischen und dynamischen Tests

- gute Übertragbarkeit der statischen Versuchsergebnisse auf die dynamischen!

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Fazit und Forschungsgebedarf

Leichtbau ist relevant, vor allem in Bezug auf die Reichweite und passive Sicherheit Zielgerichteter Einsatz von FVK-Werkstoffen im Automobil

Multi-Material-Design Funktionsintegration bei Faserverbundbauteilen muss weiter

zunehmen Neuartige Fahrzeugstrukturen und deren Werkstoffe erfordern

zuverlässige Komponententests

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Vielen Dank für Ihr Interesse Forschungsfeldleiter: Gundolf Kopp [email protected] T.: +49 / 711-6862 593 Fax.: +49 / 711-6862 258

Wissenschaftlicher Mitarbeiter: Alexander Kobilke [email protected] T.: +49 / 711-6862 266 Fax.: +49 / 711-6862 258

Ansprechpartner:

Teamleiter: Roland Schöll [email protected] T.: +49 / 711-6862 592 Fax.: +49 / 711-6862 258