Forschung für langlebige und wiederverwendbare Module in Elektrofahrzeugen

Im Projekt Kosel hat das Projektteam das Grundkonzept für ein leichtes E-Nutzfahrzeug mit 3,5 t zulässigem Gesamtgewicht erstellt, dessen Bestandteile gänzlich modular aufgebaut sind. Die drei Hauptmodule Vorderwagen, Batteriekasten und Hinterwagen sind über feste Schnittstellen miteinander verbunden, sodass ein Austausch mit sehr geringem Aufwand möglich ist. Die E-Fahrzeug-Plattform ist für Einsatzzeiten von bis zu 30 Jahren und Laufleistungen von bis zu einer Million Kilometern bei wechselnden Einsatzszenarien konstruiert und prototypisch umgesetzt. Das Materialkonzept sieht vor, schwerpunktmäßig in den hochbelasteten und zum mehrmaligen Wiederverwenden vorgesehenen Bereichen langlebige Werkstoffe zu verwenden. Hierzu sind kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) am besten geeignet, auch wenn diese einen vergleichsweise hohen CO2-Fußabdruck in der Herstellung besitzen. Dieser wird bei richtigem Einsatz über die geringe Masse und nicht zuletzt die hohe Dauerfestigkeit bei langer Nutzung ausgeglichen. Aufgrund der langfristigen Nutzbarkeit wurde kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff vor allem im Bereich der Schweller vorgesehen. Die aus CFK-Röhren bestehenden Absorber werden in unterschiedlichen Winkeln angeordnet, um verschiedene Aufprallwinkel abzusichern. Die Absorber sind in topfartigen Aufnahmen modular befestigt, sodass sie austauschbar sind.

Ein wesentliches Kriterium für alle Fahrzeuge ist die Sicherheit der Insassen. Aus diesem Grund werden zahlreiche Crash-Szenarien simuliert, getestet und analysiert, um aus den gewonnenen Daten geeignete Sicherheitsmaßnahmen abzuleiten. Anhand von Vorstudien am Fraunhofer IWU wurde ein neuartiger Schweller entwickelt, der für den Schrägaufprall geeignet ist. Dieser basiert auf einem bestimmten Crash-Wirkprinzip: der Umstülpung von CFK-Crash-Rohren, deren speziellen Orientierung innerhalb des Schwellers und der Krafteinleitung über auxetische Strukturen. Diese besitzen die ungewöhnliche Eigenschaft, sich bei einer Stauchung quer zur Stauchrichtung zusammenzuziehen. Beim Zusammenstoß wirken die einzelnen Elemente zusammen, indem der Schweller die Last aufnimmt und sie in eine auxetische Struktur aus Polyurethan weiter- leitet. Diese erzeugt bei Kompression eine Stauchung orthogonal, also quer zur Belastungsrichtung, sodass die Kraft allmählich in die Crash-Rohre eingeleitet und die gewünschte Abbremsung des Fahrzeugs über ein kon-trolliertes Versagen des Verbundwerkstoffs erzielt wird. Dabei werden möglichst viele kleine Faserbrüche angestrebt, die jeweils eine hohe Energie erfordern, was schlussendlich ein Abbremsen des Fahrzeugs bewirkt. Die intakten CFK-Crash-Rohre können auch nach einem Unfall oder Betriebsende in neuen Fahrzeugmodellen oder -generationen wiederverwendet werden.

Das kreislaufgerechte Kosel-Mobilitätskonzept ist für Flottenfahrzeuge mit mittlerer Stückzahl vorgesehen. Voraussetzung dafür ist der Aufbau einer zirkulären Wertschöpfungskette, die Einzelbauteile nach dem ersten Lebenszyklus prüfen und falls erforderlich überarbeiten kann. Das Konzept soll Modellcharakter haben und weitere ähnliche Entwicklungen in der Mobilitätsbranche anstoßen. Vor allem mit einer ausgearbeiteten, kreislauffähigen E-Fahrzeugplattform als Standardlösung lassen sich Entwicklungskosten und -risiken senken. Über die Open-Source-Schnittstellen wird es zudem für Zulieferer attraktiv, passende Standardkomponenten bereitzustellen.

Quelle: Fraunhofer IWU