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Effiziente Mischbauweise für Leichtbau-Karosserien (LEIKA)

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Laufzeit: 01.09.2013 - 31.12.2016

Forschungsziel: Zur Kompensation des gewichts- und kostenseitigen Mehraufwandes für einen batteriebetriebenen elektrischen Fahrzeug-Antriebsstrang müssen beanspruchungsgerechte Leichtbaukonstruktionen aus bestgeeigneten Werkstoffen im Multi-Material-Design für den Fahrzeugaufbau geschaffen werden. Im Rahmen des FOREL Forschungs- und Technologiezentrums für ressourceneffiziente Leichtbaustrukturen der Elektromobilität (FOREL) entwickelte das Forschungsvorhaben LEIKA konstruktive Lösungen für das Bauteildesign und eine neuartige Fertigungstechnologie zur intelligenten Kombination und Verarbeitung von hochfesten Stahl-, Aluminium- bzw. Magnesiumwerkstoffen und thermoplastischen faserverstärkten Kunststoffen zu hybriden Halbzeugen und zu Funktionsbauteilen. Dazu wurden effiziente, prozesssichere und großserientaugliche Herstellungs-, Bearbeitungs- und Fügeverfahren für diese Werkstoffpaarungen entwickelt. Die industrielle Anwendbarkeit der Lösungen aus den Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Verbundvorhaben wurde beispielhaft mit der Herstellung einer multifunktionellen Fahrzeugbodenstruktur mit komplexer Gestalt für die Aufnahme von Elektroenergie-Speichersystemen demonstriert.

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Ansprechperson Projektkoordination

Dr. Christian Paul
+49 351 320 89-215
christian.paul4@thyssenkrupp.com

Ansprechperson bei PTKA

Dipl.-Ing. Mischa Leistner
+49 721 608-31429
mischa.leistner@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Zur Kompensation des gewichts- und kostenseitigen Mehraufwandes für einen batteriebetriebenen elektrischen Fahrzeug-Antriebsstrang müssen beanspruchungsgerechte Leichtbaukonstruktionen aus bestgeeigneten Werkstoffen im Multi-Material-Design für den Fahrzeugaufbau geschaffen werden.

Ziel des Forschungsvorhabens LEIKA war die Erarbeitung konstruktiver und fertigungstechnischer Lösungen zur intelligenten Kombination und Verarbeitung von hochfesten Stahl- bzw. Magnesiumwerkstoffen und thermoplastischen faserverstärkten Kunststoffen zu hybriden Halbzeugen und Bauteilen.

Dazu wurden eine ganzheitliche Entwicklungs- und Fertigungsprozesskette und effiziente, prozesssichere und großserientaugliche Herstellungs-, Bearbeitungs- und Fügeverfahren für die Herstellung von Funktionsbauteilen aus derartigen Werkstoffpaarungen entwickelt. Ausgehend von der Analyse konventioneller Karosseriestrukturen wurden in einem konstruktiv-simulativen Erntwicklungsprozess innovative Bauweisenkonzepte für Karosseriebaugruppen aus Metall-FKV-Hybridwerkstoffen entwickelt. Diese eingesetzten Werkstoffe wurden charakterisiert, zu entwickelnde Bauteile und Baugruppen wurden funktions- und fertigungstechnisch simuliert und die Simulationen am Realbauteil validiert. Die technologische Entwicklungskette umfasste dabei die erforderliche Beschaffenheit der Kontakt- und Oberflächen metallischer Hybrid-Komponenten als Deckschichten, die Faserverstärkung thermolpastischer Kernschichten sowie die prototypische Fertigung entsprechender Metall-FKV-Halbzeuge. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Verbundvorhaben wurden beispielhaft auf die Herstellung einer multifunktionellen Fahrzeugbodenstruktur mit komplexer Gestalt für die Aufnahme von Elektroenergie-Speichersystemen angewandt.

Die Projektergebnisse belegen die technologische und wirtschaftliche Herstellbarkeit von Leichtbau-Karosseriestrukturen, an die hohe last- und sicherheitstechnische Anforderungen gestellt sind und leisten einen Beitrag zur ressourcenschonenden Herstellung und für den effizienten Betrieb von Elektrofahrzeugen.

Projektpartner
  • FRIMO Sontra GmbH
  • inpro Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
  • Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
  • KraussMaffei Technologies GmbH
  • RWTH Aachen
  • Technische Universität Bergakademie Freiberg
  • Technische Universität Dortmund
  • Technische Universität Dresden
  • thyssenkrupp AG
  • thyssenKrupp Steel Europe AG
  • thyssenKrupp Steel Europe AG
  • Universität Paderborn
Publikationen
Titel: Effiziente Mischbauweisen für Leichtbau-Karosserien (LEIKA)
Akronym: LEIKA
Autor: Paul, C.; Jaschinski, J.; Wolf, S,; et al.
Herausgeber: ILK TU Dresden
Verlag: Eigenverlag TU Dresden Eigenverlag TU Dresden
Veröffentlicht im Jahr: 2017
Im Rahmen des Projektes LEIKA wurden neue Mischbauweisen auf Basis faserverstärkter Metall-Mehrschichtverbunde (MF-Halbzeuge) entwickelt und erprobt. Im Fokus der Anwendung standen dabei Fahrzeuge der Elektromobilität. Für die Projektarbeit wurde ein systemischer, interdisziplinärer Forschungsansatz für die zahlreichen Problemstellungen in der gesamten Entwicklungs- und Fertigungskette gewählt. So konnten alle Potentiale hinsichtlich Werkstoff, Simulation, Konstruktion und Prozess von der einzelnen Komponente bis hin zur funktionalen Baugruppe aufgezeigt werden. Dazu wurde beispielhaft eine generische Fahrzeug-Bodengruppe hergestellt und validiert, die alle entwickelten Technologien demonstriert.

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