Hybridteile im Automobil sichern nachhaltige Mobilität durch Leichtbau

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1 Hybridteile im Automobil sichern nachhaltige Mobilität durch Leichtbau ACOD-Kongress Leipzig, Dr.-Ing. Jürgen Ude IGZ Magdeburg GmbH Vorstand Sachsen-Anhalt Automotive e.v. 1

2 Anforderung Emissionsarmes Fahren erreichen und Mobilität nachhaltig sichern Dies ist nur realisierbar, wenn künftige Autos LEICHTER, SPARSAMER und SICHERER sind, EFFEKTIVER hergestellt werden und KOMPETENTE Köpfe daran arbeiten. (Strategie MAHREG Automotive 2020) Lösungsansätze: Innovationen in Werkstoffen und Verfahren sind die Schlüssel zum Erfolg Neue Werkstoffkombinationenn eröffnen Wege zu erheblichen Gewichtsreduzierungen 2

3 Nachhaltige Mobilität sichern Pkw nutzen heute bezogen auf die Leistung den Kraftstoff um rund 60 Prozent und in Bezug auf das Gewicht um rund 40 Prozent effizienter als Während man mit einem Liter Treibstoff im Jahr 1978 rund 9 Kilometer weit kam, so fährt heute ein deutsches Auto damit mehr als 15 Kilometer, also zwei Drittel weiter. Die EU hat für Pkw das Ziel gesetzt, bis 2012 einen CO2- Ausstoß von 120 g/km zu erreichen. Dies ist nur realisierbar, wenn künftige Autos LEICHTER, SPARSAMER und SICHERER sind, EFFEKTIVER hergestellt werden und KOMPETENTE Köpfe daran arbeiten. 3

4 Innovationsfeld Hybridtechnologie Kennzeichnung Hybridteile: Zusammensetzung aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften Anwendung der Hybridteile: Gewichtsreduzierung durch optimale Bauteileigenschaften bisher überwiegend angewandt in der Luftfahrtindustrie zunehmend in Fahrzeugindustrie und anderen Branchen Begrenzung des Klimawandels / gesellschaftlicher Druck Klimaschutzziel: nachhaltige Mobilität sichern u.a. durch: - Reduzierung Kraftstoffverbrauch auf unter 5 l/100 km - Reduzierung Emissionswerte auf unter 120 g CO2/km Neue Funktionalitäten erreichen, neue Geschäftsfelder erschließen 4

5 Anwendungsbeispiele am Automobil Bionisch optimierte Werkstoffe Werkstoffe mit photovoltaischen Eigenschaften Nachwachsende Rohstoffe Hochleistungswerkstoffe Stahl, Al, Mg, Ti, Kunststoffe, Keramik Werkstoffe mit steuerbaren Steifigkeiten Verbundwerkstoffe Werkstoffe mit aktorischen und sensorischen Eigenschaften Selbstreparierende Werkstoffe Adaptive Werkstoffe 5 regionale Kompetenzfelder

6 Anwendungsbeispiele : Leichtbau Fahrzeuggewicht verteilt sich: - 40% Karosserie - 25% Fahrwerk - 20% Ausstattung inkl. Elektrik - 15% Antrieb Beispielanwendungen in Sachsen-Anhalt Hochleistungswerkstoffe: Motor: Turbolader aus Aluminium Titan Zylinderkopf aus Aluminium Magnesium Zylinderlaufbuchse aus Keramik Aluminium Öl- und Luftanlagen aus hochtemperaturbeständigen Verbundkunststoffen Antriebsstrang: Querblattfeder aus GFK Stahl Kardanwelle aus CFK Stahl Interieur / Exterieur: Frontends und Cockpits aus mehreren Kunststoffen und metallischen Einlagen bzw. Verstärkungen 6

7 Hybridtechnologie: Aluminium-Magnesium Al-Mg-Verbundgusszylinderkurbelgehäusee BMW-Reihensechszylinder-Ottomotor Quelle: Vorteile gegenüber Al-Mono-ZKG: - Realisierung einer deutlichen Gewichtsreduzierung - Entwicklung und Umsetzung einer neuartigen Verbundgusstechnologie TRIMET ALUMINIUM AG 7

8 Hybridtechnologie: Aluminium-Magnesium Si-Preform Schnitt durch Lokasillauffläche Gefügebild einer Lokasillauffläche LOKASIL -Konzept 8 Quelle: TRIMET ALUMINIUM AG

9 Hybridtechnologie: Blattfeder Vorteile: Gewichtseinsparung: Stahl 26 kg vs GFK 5,4 kg FailSafe-Verhalten: Federstahl bricht, während GFK ermüdet kein Totalausfall keinee Korrosion geringer Bauraumbedarf höherer fahrdynamischer Komfort IFC Composite Haldensleben 20kg Gewicht reduziert = 5g/km CO2 reduziert (1 Liter/ 100 km = 25g CO2/km; 100kg Gewichtsreduzierung = 25g/km CO2 reduziert) 9

10 Einladung Innovationsforum Hybridteile Technologien für den Leichtbau gefördert durch: 29. / 30. März 2011 Innovations- und Gründerzentrum Magdeburg GmbH, Barleben durchgeführt von: 10

11 Hybridteile: Innovative Technologien für den Leichtbau - ein branchen- und netzwerkübergreifender Ansatz in Mitteldeutschland - Arbeitsschritte Monate Start-Forum Fach-Symposium Workshops der Arbeitskreisee Identifizierung von Handlungsanforderungen für Unternehmen und FuE-Einrichtungen / Ableitung von Arbeitsschritten Roadmapping: markt- und bedarfsorientiertee Untersuchung Forcierung des Synergieprozesses zwischen den Clustern Profilierung des Instituts für Kompetenz in Automobilität IKAM 11

12 Hybridteile: Innovative Technologien für den Leichtbau - ein branchen- und netzwerkübergreifender Ansatz in Mitteldeutschland - Organisationsstruktur POLYKUM e.v. Fördergemeinschaft für Polymerentwicklung und Kunststofftechnik in Mitteldeutschland Sachsen-Anhalt Automotive e.v. MAHREG Automotive Lenkungsausschuss Cluster Chemie/Kunststoffe Mitteldeutschland Koordinierung/ wissenschaftliche Begleitung isw Institut ggmbh Leitung, Koordination und Administration auf Akteurs- und Arbeitsebene Akteure Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen Unternehmen Hochschulen Institut für Kompetenz in AutoMobilität (IKAM) Kunststoffverarbeitung Metall verarbeitung weitere Branchen Netzwerke Arbeitskreise Arbeitskreis 1: Arbeitskreis 2: Arbeitskreis 3: Arbeitskreis 4: Arbeitskreis 5: Arbeitskreis 6: Werkstoffe Werkzeuge Prüfung und Bewertung Verarbeitungsverfahren 12 Hybridprodukte Aus- und Weiterbildung

13 Innovationspotenziale Forschungs- und Entwicklungspartner: Wissenschaftliche Einrichtungen 19 Cluster / Verbünde 7 Entwicklungsdienstleister 13 Kunststoffverarbeiter 26 Metallverarbeiter 5 Sonstige 4 74 wissenschaftlichen Einrichtungen und Unternehmen wollen zusammen arbeiten. 13

14 Innovationspotenziale 1a. Kleine und Mittlere Unternehmen als Zulieferer für mehrere Branchen, wie Automobilindustrie (hohe Flexibilität - eingeschränkte Innovationskraft) z.b.: IFC Composite in Haldensleben mit glasfaserverstärkten Blattfedern aprocas in Barleben mit faserverstärkten Polyamidkomponenten 1b. Produktionsstandorte der OEM (ohne direktes Innovationspotenzial):: BMW und Porsche in Leipzig, Daimler in Ludwigsfelde, VW in Mosel und Dresden, Opel in Eisenach 1c. Wachstumskerne/ Innoprofile: AL-CAST, ALFA, Thale PM, TEPROSA 2a. Wissenschaft: auf dem Gebiet des Entwurfs und der Konstruktion von Hybridteilen z.b.: OvGU Magdeburg, TU Ilmenau, TU Dresden, TU Chemnitz, Fraunhofer IWMH 2b. Kompetenzzentren: PMC Thale, CCC Harzgerode, KKZ Merseburg, PAZ-Trans Schkopau, ZF Haldensleben 3. Technologieplattform: Nukleus: Institut für Kompetenz in AutoMobilität (IKAM) 14

15 IKAM - Strategie - Standorte Institut für Kompetenz in AutoMobilität Partner Tätigkeit Standort OvGU Magdeburg Antriebsstrang E-Mobilität Verbrennungsmotor Fertigungstechnik Mechatronic Virtual Engineering Grundlagen- und angewandte Forschung Wissenschaftliche Weiterbildung und Erkenntnistransfer Existenzgründerqualifizierung Aus- und Weiterbildungszentrum Ausbildungsplattform mit ACOD Standort IGZ Magdeburg Alternative Antriebstechnik E-Mobilität Hochleistungswerkstoffe Technologien für präzise Komponenten Mikro/ Nano Oberflächenund Werkstoffanalyse Industrienahe Forschung Strategie EFFEKTIVER SPARSAMER SICHERER KOMPETENTER LEICHTER 15

16 Alternative Antriebstechnik und innovative Materialien machen Mobilität nachhaltig. Wichtige Handlungsfelder der deutschen Automobilindustrie sind z. B.»nachhaltige Mobilität«und insbesondere Elektromobilität. Durch Leichtbau und intelligente Materialien sowie durch die Nutzung neuer innovativer Energiespeicher und den Einsatz moderner Leistungselektronik lassen sich weitere Effizienzsteigerungen von Fahrzeugen und deren Antriebssystemen erreichen. Ferner bedarf es Produktionstechnologien zur Herstellung neuer Produkte elektrifizierter oder hybrider Antriebstechnik sowie der notwendigen Recyclingtechnologien. Denn nur dann kann es der stark betroffenen deutschen Automobil-, Maschinenbau- und Elektroindustrie gelingen, die großen Wertschöpfungspotenziale auf dem Gebiet der»nachhaltigen Mobilität«zu erschließen. 16