CFK Nutzfahrzeuge: Leicht + Günstig = Schwer

Transkript

1 CFK Nutzfahrzeuge: Leicht + Günstig = Schwer CFK Valley Gerret Kalkoffen

2 CFK Nutzfahrzeuge: Leicht + Günstig = Schwer Agenda Vorstellung CarbonTT Parallelen Schieneverkehr Nutzfahrzeuge Lessons Learned 2

3 Entwicklung eines Serienprozesses für CFK Großbauteile 2-jähriges Förderprojekt, um Innovation zur Marktreife zu verhelfen Meilensteine bis Mitte 2016 Partner im Förderprojekt Machbarkeit: Prototyp 3,5t auf der IAA-N, mit SHM; Testbetrieb unter Realbedingungen Optimierung des CFK Monocoque Designs für den Serienprozess (RTM) 3. Optimierung von Pre-Forming & Prozess- Parametern; Testläufe 4. Adaption auf Sattelauflieger in Polycoque Bauweise 3

4 CFK Chassis Bauteil Fertigung Fertigstellung des Fahrzeugs Chassis Auslegung & Berechnung Kühlkoffer- & Fahrzeug Gesamtkonzept Chassis- & Fahrzeug-Gesamtkonzept Prototyp beweist Berechnung, Fertigung und Fügekonzept

5 Integration einer Online-Strukturüberwachung Sensoren messen Belastungen und sichern Funktionsfähigkeit des CFK Strukturdämpfung 0,08 0,06 0,04 0, Zeit [min] Eigenes SHM System wurde entwickelt und übermittelt Echtzeitdaten der Belastung des CFK Chassis Erprobung auf Schlecht-Wege-Teststrecke, bis 10% überladen; Fahrversuche & Messungen VW & AL-KO SHM bestätigt Messwerte; alle Belastungen weit innerhalb der Toleranzbereiche, keine Schäden VW erteilt Unbedenklichkeitsbescheinigung (UBB) *SHM: Structural Health Monitoring = Strukturüberwachung 5

6 Präsentation des 1 ten Fahrzeugs auf der IAA-N 2014 Kunden-Bedarf nach erhöhter Zuladung im 3,5t Segment bestätigt Fahrzeug erfüllt Ansprüche an Messefahrzeuge und wird auf dem IAA-N Stand von VW ausgestellt Große Nachfrage nach 1500kg Nutzlast bestätigt den Bedarf nach mehr Zuladung im 3,5t Segment Prototyp ist fahrtüchtig und wird gemäß 13 Einzelgenehmigung in Deutschland & Schweiz zugelassen *IAA-N: Internationale Automobil Ausstellung für Nutzfahrzeuge 6

7 Nutzlaststeigerung um bis zu 50% durch Leichtbau Mehr Fracht pro Fahrt reduziert Flottengröße, Verbrauch und O&M Nutzlast steigt um bis zu 500kg Positive Effekte Nutzlast in kg -35% Senkung des Kraftstoffverbrauchs % Geringere Betriebskosten (ohne Kraftstoff) 500 Konventionell -7% Reduktion der An-& Abfahrten; Zeitgewinn & Minderverschleiß Ladevolumen in m 3 + E Optimale Voraussetzung für E- Mobilität; Batterie-Integration vgl. mit marktüblichen 3,5t Kühlfahrzeugen bei nutzlastkritischen Anwendungen 7

8 Einfluss von Masse auf Fahrwiderstände Leichtbau bringt größte Kraftstoffersparnis in städtischem Verkehr Fahrwiderstände [PKW-Mittelklasse] 100% 80% 60% 40% Luftwiderstand Rollwiderstand Beschleunigung 20% 0% Stadt 90 km/h konst. 120 km/h konst. Fahrt-Profile Fahrzeug-Masse hat großen Einfluss auf Rollwiderstand und Beschleunigung Im Stadtverkehr sind etwa 85% der Fahrwiderstände stark mit der Masse korreliert Massen-unabhängige Luftwiderstände dominieren, je konstanter und schneller die Fahrt Leichtbau bringt größte Kraftstoffersparnis in städtischem Verkehr: -100kg - 0,5l/100km 8

9 Parallelen Schieneverkehr Nutzfahrzeuge Leichtbaukosten müssen proportional zum Nutzen sein 1. Leichtbaukosten Schiene: ca. 50 /kg vs. Leichtbaukosten Nutzfahrzeuge: ca. 10 /kg 2. Energie: Regio ca kwh/100tkm Ersparnis pro -t vs. Stadt - 5% je -100kg Unterschied: Nutzfzg. Nutzungsdauer ca. 5 Jahre / km Vorteil Schiene: längere Amortisationszeit 3. Gewichtseinsparpotential: Schiene: 15-40% Wagenkasten, 10-30% Innenausbau, 15-30% Fahrwerk 3,5t: 30-40% Zugkopf, 5-10% Achse, 5-10% Chassis, 5-20% Aufbau Unterschied: Nutzfzg.: Gewichtersparnis in Zugmaschine relevant & teuer Vorteil Schiene: Gewichtersparnis in flächigen Bauteilen oben relevant 9

10 Lessons Learned Produktionskosten entstehen in der Auslegung 1. Redesign bzw. Segmentierung großer Bauteile 1. Um kleine(re) Bauteile für die Produktion zu optimieren (Presse & Werkzeug billiger, Handling & Preforming einfacher) Die Auslegung macht s! 2. Um nur hoch-belastete Segmente aus CFK zu bauen in Werkstoff-gerechtem Design 2. Material-Mix 1. insb. wo Geometrie nicht für CFK geeignet ist 2. Ausgleichend, um möglichst viele Gleichteile im CFK Prozess zu fertigen und ggf. Toleranzen auszugleichen 3. Kleinserienfertigung braucht adequate Mittel 1. Konzepte der Autoindustrie für Fertigungszeit und Bauteilgrößen ungeeignet 2. Konzepte der Flugindustrie unwirtschaftlich 3. Konzepte der Wind- und Nutzfahrzeugindustrie interessant; Sicherheitsanforderungen (Crash & Rauch) prüfen 4. Strukturüberwachung 1. Bei Personenverkehr, je höher die Laufleistung, je höher die Überprüfungskosten (Steinschlag & Verschleiß) 10

11 Vielen Dank Gerret Kalkoffen Geschäftsführer Mobile: CARBON TRUCK & TRAILER GMBH Airbusstrasse 1 I Stade Phone: Web: