ULAS-E-VAN Ultraleichte Aufbaustruktur vom elektrischen VAN

Als Teil eines Konsortiums von 9 Partnern aus Industrie und Lehre arbeitet das Ingenieurunternehmen Morphotec aktiv an einem nachhaltigen und hochrelevanten Forschungsprojekt der Automobilindustrie, das im ersten Quartal 2022 begonnen wurde. Anhand von modernsten CAE-Methoden entwickelt Morphotec neue Ultra-Leichtbaulösungen für Karosserie- und Aufbaustrukturen, um der Elektromobilität neue Wege ebnen zu können.

Neben diesen Strukturen soll auch das Batterieträgersystem als Teil der Optimierung weiterentwickelt werden. Im Rahmen dieses Projektes soll dabei das Leergewicht minimiert werden, um die Reichweiten von Elektro-Nfz signifikant zu erhöhen. Zudem wird die Crashsicherheit verbessert.

Die folgenden Abschnitte werden das Vorhaben nun näher beschreiben und wiedergeben, welche zugrundeliegenden Ansätze für diese Arbeit gewählt wurden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens „UlAs-E-Van“ („UltraLeichte AufbauStruktur eines Elektrischen Vans“) werden von 9 Partnern Leichtbaulösungen für die Karosseriestruktur und ein modulares Batterieträgersystem von batterie-elektrisch betriebenen leichten Nutzfahrzeugen (Nfz, Klasse N1 – Ford Transit – BEV) entwickelt.

Ford koordiniert das Forschungsprojekt mit einem Gesamtvolumen von 5,8 Millionen Euro, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).

Altair Engineering GmbH, Böblingen
Benteler Automobiltechnik GmbH, Paderborn
C-Tec GmbH, Blaustein
Ford-Werke GmbH, Köln
Franken Guss GmbH + Co. KG, Kitzingen
Morphotec, Aachen
RWTH Aachen University, Lehrstuhl und Institut für Strukturmechanik und Leichtbau (SLA)
RWTH Aachen University, Institut für Kraftfahrzeuge (ika)
voxeljet AG, Friedberg

Leicht bedeutet mehr Zuladung und Nachhaltigkeit / © pixabay.com – Sponchia

Hohes Batteriegewicht lässt die mögliche Nutzlast schrumpfen

Wird ein leichtes Nfz mit einem E-Antrieb versehen, erhöht sich das Leergewicht durch das hohe Batteriegewicht und die mögliche Nutzlast schrumpft. Um dem entgegenzuwirken, ist es zwingend erforderlich, das Gewicht, speziell bei batteriebetriebenen Lieferfahrzeugen, durch Leichtbaumaßnahmen entscheidend zu reduzieren.

Leichtbau ermöglicht die Reichweite zu erhöhen, aber auch bei unveränderter Reichweite die Batteriegröße, das Sekundärgewicht und somit die Batteriekosten zu reduzieren. Allerdings ist im angestrebten Sektor der E-Nfz die Notwendigkeit eines kostengünstigen Leichtbaus aufgrund der hohen Kostensensibilität des potenziellen Kundenkreises und der relativ geringen Stückzahlen nochmals verschärft.

Hier setzt das Projekt an. Das Konsortium zielt darauf ab, Ultra-Leichtbaulösungen für die Karosserie- und Aufbaustruktur derartiger, batterie-elektrisch betriebener leichter Nfz mit Hilfe moderner CAE-Methoden wie „Simulation-Driven-Design“ und innovativen Fertigungsmethoden zu entwickeln.

Dabei finden neben einem speziellen 3D-Druckverfahren – dem 3D-Sand-Form-Drucken – für die Herstellung von Formen für den Eisengussprozess auch großflächige, strukturelle Kunststoffteile Anwendung. Konstruktiv soll eine Aufbaustruktur in Spanten-Stringer-Bauweise ausgelegt und damit die im Flugzeugbau bewährte Bauweise in den leichten Nfz-Bau mit höheren Produktionszahlen pro Jahr übertragen werden.

Die Spanten sollen dabei möglichst einteilig und bionisch-optimiert konstruiert werden. Die Außenhaut wird durch vorgefertigte Kunststoffpaneele gebildet, die mit der Tragstruktur lasttragend verbunden sind. Im Unterboden soll ein lasttragendes, ultra-leichtes, skalierbares und modulares Batterieträgersystem integriert werden, welches die Karosseriestruktur in Hinsicht auf Steifigkeit, Dauerfestigkeit und Crash funktionell unterstützt.

Durch die eingesetzten Technologien soll eine Gewichtseinsparung in der Größenordnung von bis zu 150 kg auf Gesamtfahrzeugebene erreicht werden und somit eine erhöhte Reichweite bzw. Zuladung ermöglicht werden.