15. Zulieferforum. der Arbeitsgemeinschaft Zulieferindustrie ArGeZ. Hybrid- und Elektromobilität

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1 15. Zulieferforum der Arbeitsgemeinschaft Zulieferindustrie ArGeZ Elektromobilität Chancen und Herausforderungen für die Giessereiindustrie GF Automotive M. Džinić Forschung & Entwicklung Schaffhausen

2 Inhalt CO 2 -Thematik und auf Systemgruppen Neue Potentiale Ausblick GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 2

3 CO 2 -Strafzahlungen ab 2012 in der EU CO 2 -Flottenwerte der OEM s in 2006 [g/km] Fiat -16% GM -12% -14%-19% EU Flottendurchschnitt g/km Ford Renault PSA -17% EU target 130g/km -19% the same equitable distribution Daimler VW Group -20% BMW Group -24% -25% Grösse repräsentiert Marktanteil, Position im Diagramm entspricht Φ-Gewicht und Φ-CO 2 -Wert Fahrzeuggewicht [kg] Quelle: VDA, AAA, EU-KOM GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 3

4 Inhalt CO 2 -Thematik und auf Systemgruppen Neue Potentiale Ausblick GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 4

5 Elektroantrieb Konventionell / Mild Hybrid Mild / Full Hybrid Elektrofahrzeug mit Verbrennungsmotor Elektrofahrzeug Starter + B - Motor Getriebe + B - Motor Starter / Generator Getriebe + B - + B - Motor E-Motor + B - + B - + B - + B - E-Motor Radnaben- Motor Funktion Mild Hybrid: Start-/Stop- Automatik Einfluss Downsizing auf Unverändert Komponenten Start-/Stop-Automatik Bremskraftrückgewinnung Full Hybrid: Kürzere "e-driving" Distanz Downsizing Komplexere Getriebegehäuse Start-/Stop-Automatik Bremskraftrückgewinnung Längere "e-driving" Distanz Kleiner Verbrennungsmotor, um Reichweite zu erhöhen ( Range Extender ) Leichtbau Downsizing Kleine Getriebe Start-/Stop-Automatik Bremskraftrückgewinnung Reiner Elektroantrieb: - Variante mit Zentralmotor - Variante mit Radnabenmotor Leichtbau Kein Verbrennungsmotor Neue Gussprodukte Bei Radnabenmotor: Änderungen am Fahrwerk GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 5

6 Globale Entwicklung des Marktvolumens 2009 / : 61 Mio. PKW/LKW 2025: 110 Mio. PKW/LKW 2 Mio. Trucks 4% Electro 0,1% 1 Mio. Hybrids 2% 5 Mio. Trucks 5% 3 Mio. Electro 3% 14 Mio. Hybrids 13% 57 Mio. Conventional Cars 94% 88 Mio. Conventional Cars 79% Quelle: J.D. Power / Oliver Wyman GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 6

7 Inhalt CO 2 -Thematik und auf Systemgruppen Neue Potentiale Ausblick GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 7

8 Produktbereiche Personenwagen Fahrwerk Achse Lenkung Bremse Hilfsrahmen Antrieb Motor Getriebe Aggregate Triebstrang Karosserie Interieur Exterieur GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 8

9 Beispiele für Gussteile GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 9

10 Entwicklungstrends zur Erzielung der CO 2 - Targets Leichtbau Optimierung von Verbrennungsmotoren Downsizing Alternative Antriebskonzepte GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 10

11 Leichtbau in PKW Gewichtsreduzierung in Karosserie/ Fahrwerk Leichtbau Weniger Verbrauch bei gleicher Leistung und bessere Achslastverteilung (Fahrkomfort, -dynamik und -sicherheit). Verbrennungsmotoren: 100 kg Gewichtsreduktion ergeben minus 3,5 g CO 2 /km Elektrofahrzeuge: 100 kg Gewichtsreduktion ergeben 3,6 % mehr Reichweite GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 11

12 Leichtbaustrategie Autos müssen leichter werden GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 12

13 Leichtbau: Beispiel Innentür GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 13

14 Bionic Design: Beispiel Schwenklager Start Design Werkstoff: GJS Gewicht: 4,39 kg Bionic Design Werkstoff: SiboDur Gewicht: 3,42 kg Ergebnis: - 0,97 kg, - 22%! Gewichtsreduktion: 1,94 kg pro Fahrzeug Produktion: 1,9 Mio. Fahrzeuge pro Jahr CO 2 - Reduktion: Tonnen in 10 Jahren GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 14

15 Antrieb Konv. Antrieb Mild- und Full- Serieller Antrieb Mild-Hybrid Hybrid (Range Extender) E Elektro-Motor K Kupplung G Getriebe B Batterie T Tank T T T VM TT Verbrennungsmotor T D Differential Elektro- Antrieb E Elektro-Motor K Kupplung G Getriebe B Batterie T Tank VM Verbrennungsmotor E E D Differential In Serie In Serie In Serie ab 2011 Kleine Serie T T B T VM VM VM E E G G E B E B D Verbrennungsmotor und Getriebe D Wesentliche Komponenten D Elektromotor und Batterie D GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 15

16 Bedeutung der Marktvolumensentwicklung E-Fahrzeuge Guss-Produkte Konventionell / Mild Hybrid Full Hybrid Antrieb Elektro-Antrieb mit Range Extender Motorblock und Zylinderkopf X X x Zylinderkopfhaube X X x Ölwanne X X x Kurbelwelle X X x Pleuel X X x Heissseite X X x Getriebegehäuse X X Achsgehäuse X X Differential-Gehäuse X X Vollelektrisch Gehäuse für: Elektromotor X X Leistungs-Elektronik X X Batterie X X GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 16

17 Antrieb - Verbrennungsmotor Downsizing Höhere Leistungsdichte mit kleineren Verbrennungsmotoren spez. Leistung spez. Drehmoment Zylinderdruck Abgastemperatur spez. Reibleistung GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 17

18 Auswirkung - Kurbelgehäuse Der Trend zum Downsizing schmälert zunehmend den bestehenden Gewichtsvorteil von Aluminiumkonstruktionen. Für eine höhere spezifische Leistung künftiger Motoren. Die Schwachpunkte von Aluminium kommen damit stärker zum tragen. Downsizing 4 Zylinder 6 Zylinder 8 Zylinder Quelle: Kolbenschmidt Pierburg GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 18

19 Downsizing Kompaktere Zylinderkurbelgehäuse Linerloser Motorblock Vorteile: 6kg leichter (beim 4-Zylinder Motor) geringere Reibungsverluste weniger Bauraum notwendig GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 19

20 Downsizing Turboladergehäuse und Abgaskrümmer Turboladergehäuse und Abgaskrümmer Downsizing im Motorenbereich bedeutet kleinere Motoren bei gleichbleibender oder höherer Leistung. Dadurch entstehen höhere thermodynamische Belastungen. Jedes Fahrzeug mit Downsizing-Motor benötigt 1-2 Turboladergehäuse GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 20

21 Elektroantrieb Neue Bauteile bei Elektrofahrzeugen Elektroantrieb besteht aus 3 Haupt- Komponenten: Elektro-Motor Leistungs-Elektronik Batterie Leistungsdichte in Antrieben von Elektroautos ist sehr hoch Alle Gehäuse sind thermisch belastet Metallische Gehäuse Aktive Flüssigkeitskühlung aller Komponenten ist zwingend Doppelwandige Gehäuse oder eingegossene Kühlräume (Verbundguss) Alle Bauteile müssen leicht sein, um Gewicht der schweren Batterien zu kompensieren GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 21

22 Werkstoffe und Verfahren der Zukunft Aluminiumguss mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit Aluminiumguss mit dämpfenden Eigenschaften Magnesiumbauteile Gussbauteile mit integrierten Kühlkanälen (Stator & Rotor) Aluminiumschaum für leichte, dämpfende Bauteile Eisenschaum für den Einsatz von hochfesten, leichten und dämpfenden Bauteilen Verbundguss (Ein-, An- und Umgiessen von Bauteilen) Eingiessen von Sensoren GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 22

23 Anforderungen ändern sich durch neue Gesetze (z.b. CO 2 -Steuer) und grünes Kundenverhalten. Die Batterietechnik definiert, wann der Elektroantrieb breitflächig eingesetzt werden kann. Der Verbrennungsmotor wird noch lange Hauptantriebsquelle sein, auch als Range Extender in Elektrofahrzeugen. Range Extender: Verbrennungsmotor, der nur als Generator die Batterie lädt, aber die Räder nicht antreibt. Die Anforderungen an die Komponenten im Verbrennungsmotor ändern sich Höhere Anforderungen durch Downsizing bei gleicher Leistung Niedrigere Anforderungen durch Downsizing bei stationärem Betrieb Durch Elektroantrieb ergeben sich neue (zusätzliche Potentiale) für Gehäuse des Elektromotors und der Steuerung. GF Automotive 15. Zulieferforum ArGeZ, MD 23

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