faserverbundkunststoff – leichtbau für bodengebundenen verkehr · 2013. 7. 9. · bugatti veyron...
TRANSCRIPT
Faserverbundkunststoff – Leichtbau für bodengebundenen Verkehr 7. März 2013 Stuttgarter Kunststoff Kolloquium Alexander Kobilke Gundolf Kopp Roland Schöll Institut für Fahrzeugkonzepte, Stuttgart
Folie 2
Agenda
Treiber des Leichtbaus Allgemein Vector 21
Karosseriebauweisen aus FVK-Werkstoffen und deren Herausforderungen
Entwicklungsbeispiel Spant-Space-Frame-Bauweise
Testing des B-Spants Fazit
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 2
Folie 3
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
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 3
Folie 5
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
Folie 6
Simulationsergebnisse elektrische Antriebe Reichweitenerhöhung bei kleinen Fahrzeugen
Fahrzeugkonzepte der Zukunft > Friedrich/Deißer > CCeV-Fahrzeugkonzepte.ppt > 30.06.2011
0%
25%
50%
75%
100%
0% 10% 20% 30% 40% 50%
Reic
hwei
tene
rhöh
ung
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%
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 6
Folie 7
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
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 7
Folie 8
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
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 8
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
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 9
Folie 10
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
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 10
Folie 11
Spant- Space- Frame- Bauweise Testing des B-Spants
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 11
GOM* Kamerasystem
GOM Messflächen
GOM*= Gesellschaft für optische Messtechnik
Entwicklung eines Prüfaufbaus zum Simulationsabgleich
Identifizierung der höchstbelasteten
Stellen
Folie 12
Spant- Space- Frame- Bauweise IIHS-Seitencrash
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 12
Folie 13
Spant- Space- Frame- Bauweise Vergleich der statischen und dynamischen Tests
- gute Übertragbarkeit der statischen Versuchsergebnisse auf die dynamischen!
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 13
Folie 14
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
Leichtbau für bodengebundenen Verkehr < Alexander Kobilke < 07.03.2013 www.DLR.de • Folie 14
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