Baden-Württembergischer Gießerei-Tag 2009 6. November 2009 Friedrichshafen Neue Antriebskonzepte im Automobil und ihre Auswirkungen auf die Aluminium-Gussproduktion Dr. Franz Josef Feikus Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG) Düsseldorf -1-
Innovative Antriebstechnologien im Automobil Zahlreiche Konferenzen behandeln das Thema: MTZ Alternative Propulsion systems for Automobile" (29./ 30.1.2009, München) VDI Innovative Fahrzeugantriebe (6./7.11.2008, Dresden) Bayern Innovativ Trends in der Motorentechnologie Verbrennung, Hybrid, Elektro (5.11.2008, Passau) AVL Conference Engine & Environment (10./11.9.2009, Graz) VDI Gießtechnik im Motorenbau (10./11.2.2009, Magdeburg).. -2-
Übersicht Einführung Alternative Brennstoffe Optimierung von Verbrennungsmotoren / Downsizing Hybrid Antriebe/ Elektrische Antriebe Brennstoffzelle Konsequenzen für die Gussproduktion -3-
Abgasgrenzwerte -6-
CO 2 -Emissionen Wie können CO 2 Emissionen auf 120 g/ km reduziert werden? Reduziertes Fahrzeuggewicht (Leichtbau) Reduzierter Rollwiderstand Verbesserte Aerodynamik Reduzierte Reibwiderstände im Getriebe Verbrennungsmotoren: verbesserter Wirkungsgrad Start-Stop Funktion Nutzung der Abgaswärme. Alternative Antriebskonzepte -7-
Alternative Brennstoffe -8-
Alternative Brennstoffe Bio-Kraftstoffe (RME Raps-Methyl-Ester, BTL Biodiesel, ) Naturgas Der Verbrennungsprozess muss angepasst und optimiert werden Kraftstoff-Einspritzung Zündung Motoren für flexible Brennstoffe Das Grundkonzept des Verbrennungsmotors bleibt im wesentlichen unverändert -9-
Optimierung Verbrennungsmotoren Downsizing/ Downspeeding Der verminderte Kraftstoffverbrauch wird erkauft durch einen Verlust an Drehmoment Verlust an Fahrspaß (driveability) Der Markt hat die frühen Entwicklungen nicht angenommen -10-
Krafstoffeffizienz warum frühe Konzepte gescheitert sind Fahrspaß (Driveability) vorgegebenes Motorenkonzept, manuelles Schaltgetriebe Ziel Basislinie Downsizing Hybrid Rückgewinnung Abgswärme Start-Stop Kraftstoffeffizienz Quelle: AVL, VDI-Berichte 2030-11-
Hybrid Konzept: twindrive (Volkswagen AG) Quelle: VW, VDI-Berichte 2030, 2008, S. 3-20 -12-
Hybrid Konzepte Konsequenzen für Verbrennungsmotoren Hybrid Konzepte erfordern weiterhin Verbrennungsmotoren Verbrennungsmotoren werden kleiner 1, 2 oder 3-Zylinder-Motoren an Stelle von 4,6, oder 8-Zylinder-Motoren Die spezifische Motorleistung wird weiter ansteigen Die Anforderungen an Köpfe und Blöcke werden steigen Die mechanischen Eigenschaften der Gussteile sind zu verbessern durch Verbessertes gießtechnisches Design Verbesserte Gießverfahren und Verbesserte Eigenschaften der Gusslegierungen -13-
Zukunftstechnologie elektrisches Fahren (Siemens AG) In: Trends in der Motorentechnologie Prof. Gernot Spiegelberg, Bayern Innovativ (5.11.2008 in Passau) Fokus auf Zweitwagen (durchschnittliche Fahrentfernung < 50 km) Die Infrastruktur für die Stromversorgung existiert bereits Flexibler Einsatz der Batterien Aufladen über Nacht Einspeisen von Strom, wenn Lastspitzen abzudecken sind Motoren nahe am Rad (Radnabenmotor) Direkte Ansteuerung Kein Bremsenergieverlust Kein Getriebe erforderlich Vollständig neue Plattform für den e-drive Der Fahrer konzentriert sich ausschließlich auf die Vorgabe der Fahrtrichtung und die Wahl der Fahrgeschwindigkeit -14-
Brennstoffzelle Direkte Methanol Brennnstoffzelle (DMFC) Eine Anwendungsmöglichkeit zum Einsatz der Brennstoffzelle im Automobil -15-
Brennstoffzelle geschätztes Marktpotenzial -16-
Brennstoffzelle Nachteile, die den Markterfolg beeinträchtigen Hohe Herstellungskosten Fehlende Möglichkeiten zur Herstellung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff Fehlendes Verteilungssystem für Wasserstoff -17-
Kosten-Vergleich SUV (Sports Utility Vehicle) - verschiedene Antriebsversionen Source: TIAX -18-
Brennstoffzelle Zukunftsaussichten http://www.atzonline.de Klares Bekenntnis zur Brennstoffzelle 02.02.2009 Vertreter von Daimler, GM, VW und Toyota gaben ein klares Bekenntnis zur Brennstoffzelle anlässlich einer Panel-Diskussion bei der MTZ Konferenz "Alternative Antriebskonzepte für Automobile" am 29./30.1.2009 in München.. Author: Richard Backhaus, MTZ -19-
Vorausschau Zulassungszahlen PKW (Deutschland) Quelle: ADAC -20-
Vorausschau Zulassungszahlen PKW (weltweit) -21-
Neue Antriebskonzepte Auswirkungen auf die Gussproduktion Die Produktion der Verbrennungsmotoren wird in den kommenden 5-10 Jahren ansteigen Europa wird nennenswerte Produktionsanteile behalten Alternative Brennstoffe werden die Situation nicht nachhaltig beeinflussen Hybrid Konzepte/ Downsizing werden signifikant kleinere Verbrennungsmotoren erfordern -22-
Neue Antriebskonzepte Auswirkungen auf die Gussproduktion Zylinderköpfe werden als Aluminium-Gussteile erhalten bleiben Die höheren spezifischen Leistungen werden verbesserte Legierungen und Gießprozesse erfordern Bei Motorblöcken wird der Wettbewerb zwischen Gusseisen und Aluminium verschärft Bei kleinen Motoren geht der Gewichtsvorteil von Aluminium-Gusslegierungen verloren zusätzlicher Wettbewerbsdruck Die höhere spezifische Leistung wird verbesserte Legierungen und Gießprozesse erfordern. -23-
Neue Antriebskonzepte Auswirkungen auf die Gussproduktion Der Markt für Brennstoffzellen wird frühestens ab 2015 anlaufen Signifikante Marktanteile werden nicht vor 2020 2025 erwartet Brennstoffzellen werden auf Kosten der Verbrennungsmotoren wachsen auf lange Sicht werden weniger Gussteile benötigt (kein Motorblock/ Zylinderkopf, kein Getriebe, ) Die Zukunftsaussichten der Elektro-Antriebe sind schwierig abzuschätzen Bei einem Erfolg wären die Konsequenzen ähnlich wie bei der Brennstoffzelle Zusätzlich können Bremsenkomponenten entfallen (Radnabenmotor) -24-