IAA 2015: Innovationen für Produktion und Leichtbau

Die pressgehärtete Nockenwelle ist 60 Prozent leichter als eine Guss- oder Schmiedenockenwelle. Fraunhofer IWU

Zu den Highlights gehört ein skalierbarer Elektroantrieb, der praktisch vom Kleinwagen über die gesamte Palette der Nutzfahrzeuge bis hin zu Bus und Truck eingesetzt werden kann. Anhand einer Rücksitzwand aus Magnesium demonstrieren die Forscher innovative Produktionstechnologien für den Systemleichtbau mit alternativen Werkstoffen.

Wie weiteres Material und damit Gewicht im Automobil eingespart werden kann, können die Besucher an ultraleichten Getriebebauteilen und Nockenwellen nachvollziehen. Auch intelligente Werkstoffe und Baugruppen halten Einzug in das Automobil. Hierzu sind Innovationen auf der Grundlage von Formgedächtnislegierungen zu sehen.

Entwicklungsimpulse für die Formel E?

Das Geheimnis des weltweit ersten skalierbaren Elektroantriebs ist der Verzicht auf den konventionell üblichen Radnabenantrieb. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU haben gemeinsam mit Partnern aus der Industrie im BMBF-Projekt ESKAM ein Antriebskonzept entwickelt, das sich sowohl in die Vorder- als auch in die Hinterachse eines Fahrzeugs integrieren lässt und nicht nur den Motor, sondern ebenso das Getriebe und die Leistungselektronik umfasst.

Der Antrieb ist in einem kompakten Leichtbaugehäuse untergebracht. Mit enormen Drehzahlen von bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute ist der Elektroantrieb damit nicht nur für Nutzfahrzeuge prädestiniert, sondern eignet sich prinzipiell auch für Rennsportwagen.

Leichtbau mit Magnesium

Im Wachstumskern Technologieplattform Magnesium-Knetlegierungen TeMaK haben Wissenschaftler des Fraunhofer IWU nicht nur Baugruppen eines Automobils mithilfe des alternativen Werkstoffs Magnesium um 40 Prozent leichter gestaltet, sondern die dazugehörigen Produktionstechnologien gleich mitentwickelt. Anhand einer Rücksitzlehne demonstrieren die Forscher verschiedene Technologien, die an die Verarbeitung des Werkstoffes Magnesium angepasst wurden: Strangpressen, Walzprofilieren, Innenhochdruck-Umformung sowie thermisches und mechanisches Fügen.

Antriebsstrang: Gewichtseinsparungen im zweistelligen Prozentbereich

Aktuelle Leichtbaubestrebungen richten sich nicht nur auf die Karosserie eines Automobils. Insbesondere Baugruppen des Antriebsstranges werden mit Blick auf die hohen Kräfte und Belastungen überwiegend aus Stahl gefertigt und konventionell gegossen oder geschmiedet. Auch hier sehen die Forscher des Fraunhofer IWU noch große Potentiale, um Gewicht einzusparen.

Gleich mehrere Versuchsbauteile sind auf dem Messestand zu sehen. Indem material-, zeit- und kostenintensive Zerspanprozesse durch ressourceneffizientere Umformprozesse ersetzt werden, kann so beispielsweise bei der Herstellung einer Getriebehohlwelle bis zu 30 Prozent Material eingespart werden. Auch bei der Entwicklung von Leichtbaunockenwellen ist das Fraunhofer IWU führend. Den Wissenschaftlern ist es unter anderem gelungen, eine innovative pressgehärtete Nockenwelle herzustellen. Gegenüber einer Guss- oder Schmiedenockenwelle konnte das Gewicht um 60 Prozent, d.h. knapp 1.5 kg, reduziert werden.

Smarter Draht ersetzt Elektromotor

Inzwischen stehen dem Fahrer immer mehr smarte Assistenzsysteme zur Seite. Brems- und Fahrhilfen, intelligente Entertainment- sowie Navigationssysteme gehören mittlerweile zur Serienausstattung. Mithilfe von smarten Materialien wollen Wissenschaftler des Fraunhofer IWU weitere Mechanismen im Automobil nicht nur komfortabler gestalten, sondern grundlegend neu denken – und dabei Material, Ressourcen und Gewicht einsparen. Wird beispielsweise der Knopf für eine Tankklappenentriegelung gedrückt, stellt ein kleiner Elektromotor die Entriegelung frei.

Der Motor hat ein Eigengewicht von etwa 200 g und besteht aus zahlreichen Einzelteilen, die produziert, montiert und bei Bedarf gewartet werden müssen. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, diesen Entriegelungsmechanismus durch wenige Teile und einen nur 0,2 mm dünnen Formgedächtnisdraht zu ersetzen – das spart nicht nur Gewicht, sondern ist auch deutlich ressourceneffizienter. Legt man eine Spannung an, erhitzt sich der Draht durch seinen eigenen elektrischen Widerstand, zieht sich zusammen und gibt so die Verriegelung frei. Beim Schließen der Tankklappe kehrt der Draht in seine Ausgangsform zurück. Die konventionelle und die »smarte« Entriegelung im Vergleich stellen die Wissenschaftler am Messestand vor.

Fraunhofer-Allianz autoMOBILproduktion

Die Fraunhofer-Allianz autoMOBILproduktion bündelt die Kompetenzen von 17 Instituten, um die Automobilbranche bei Forschung und Entwicklung umfassend und kompetent zu unterstützen. Durch die thematisch komplementären Forschungsschwerpunkte der einzelnen Institute werden Innovationen entlang der gesamten Prozesskette der Fahrzeugherstellung schnell, ganzheitlich und nachhaltig realisiert. Die Allianz stellt sich den umweltpolitischen Herausforderungen wie Treibstoff- und CO2- Reduzierung, Elektromobilität und der Senkung des Materialeinsatzes und berücksichtigt dabei die wirtschaftlichen Aspekte – etwa den permanenten Druck zur Kostenreduktion. Die Geschäftsstelle der Allianz befindet sich am Fraunhofer IWU in Chemnitz.

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