ALLIANCE – Nachhaltiger, kosteneffizienter Leichtbau für die Großserie

Leichtbau ist ein wichtiges Mittel zur Steigerung der Effizienz von Kraftfahrzeugen. Dabei ist es wichtig, den Mehrwert, der durch den Einsatz innovativer Werkstoff- und Fertigungstechnologien entsteht, ganzheitlich zu bewerten. Dazu gehört neben der Betrachtung des erzielbaren Leichtbaupotentials auch die Analyse der entstehenden Umwelteinflüsse über alle Lebensphasen (Produktion, Nutzung und Verwertung) und die Quantifizierung der Leichtbau-Mehrkosten (€/kg), die diese Technologien mit sich bringen. Diese Form der ganzheitlichen Betrachtung ist ein Bestandteil des Themenfelds „Life Cycle Engineering“ (LCE).

Im Rahmen des von der EU geförderten Entwicklungsprojekts „ALLIANCE“ haben sich Automobilhersteller, Werkstoffzulieferer und Forschungseinrichtungen zusammen-geschlossen, um das Thema des kosteneffizienten und nachhaltigen Leichtbaus zu adressieren und den Einsatz innovativer Technologien in der Großserie zu fördern.
Innerhalb des Projekts arbeiten die Werkstoffhersteller und Forschungseinrichtungen in enger Abstimmung mit den Automobilherstellern an der Weiterentwicklung des Technologiereifegrads (Engl. Technology Readiness Level - TRL) ihrer Werkstoffe und Fertigungsverfahren von den ersten Versuchen im Labor (TRL4) hin zum Einsatz in physischen Prototypen (TRL6). Werkstoffseitig stehen hier vor allem höchstfeste Stahl- und Aluminiumlegierungen, sowie faserverstärkte Kunststoffe und Metall-Kunststoff-Verbunde im Fokus. Aus Fertigungssicht werden vor allem Umformprozesse für metallische Werkstoffe, Herstellungsverfahren für Metall-Kunststoff-Verbunde und thermoplastische Verbundwerkstoffe, sowie die Fügetechnik für Multimaterial-Bauweisen adressiert. Die erzielten Erkenntnisse hinsichtlich der neuen Technologien werden anschließend prototypisch in Demonstrator-Bauteilen umgesetzt. Die Fahrzeughersteller haben hierzu Bauteile aus aktuellen Serienfahrzeugen identifiziert, um die entsprechenden Leichtbautechnologien umzusetzen. Hierzu zählen Türen und Klappen, Boden- und Trägerstrukturen, sowie energieaufnehmende Strukturkomponenten. Die Zielsetzung der Leichtbaubestrebungen ist es, durch eine durchschnittliche Gewichtseinsparung von 25 % bei einer Stückzahl von 100.000 p/a und zu Mehrkosten von maximal 3 €/kg-Gewichtsersparnis, eine Reduktion des Energiebedarfs in der Nutzungsphase von 10 % zu erreichen. Gleichzeitig sollen die Emissionen, gemessen am globalen Erderwärmungspotential, über den gesamten Lebenszyklus um 6 % reduziert werden.

fka und das Institut für Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen University haben im Rahmen des Projektes gemeinsam eine Bewertungsmethodik erarbeitet, um das Potential dieser und weiterer Leichtbautechnologien auf Gesamtfahrzeugebene quantifizierbar zu machen. Die Ergebnisse der prototypisch umgesetzten Leichtbautechnologien werden mit Hilfe von Skalier- und Transfermethoden von den Prototypen auf das ALLIANCE-Gesamtfahrzeug übertragen und im Hinblick auf die Projektziele bewertet. Das virtuelle Fahrzeugmodell umfasst dabei aktuell zwei Antriebsstrangkonfigurationen (verbrennungsmotorisch sowie batterieelektrisch).

Mit Hilfe der Methode und auf Basis der implementierten Technologie-Datenbank können zukünftig auf die Zielwerte eines Fahrzeugprojekts zugeschnittene Material- und Strukturkonzepte verglichen, ausgewählt und optimiert werden.