SMiLE - Systemintegrativer Multi-Material-Leichtbau für die Elektromobilität

Mit Hilfe des Projekts SMiLE soll ein vertieftes Verständnis der Multi-Material-Design-Problematik vor dem Hintergrund großserientauglicher Prozesse für einen/ den effizienten Leichtbau geschaffen werden. Im Projektfokus steht die Entwicklung eines neuartigen Leichtbaukonzepts für die speziellen Anforderungen der Elektromobilität. Der Einsatz neuer Werkstoffe und Werkstoffkombinationen zur Gewichtsoptimierung von funktionsintegrativen Fahrzeugkomponenten für innovative Strukturkonzepte von Elektrofahrzeugen in Mischbauweise ist eines der Hauptanliegen des Projektes. Ziel ist es sowohl mit thermoplastischen als auch duromeren Faserverbundkunststoffen (FVK) sowie Nichteisenmetallen (NE) eine innovative, funktionale Gesamtkarosserie darzustellen, deren Materialmix in einer Vielzahl wirtschaftlicher Prozesse umsetzbar ist und vor allem die Integration neuartiger Energiespeicher ermöglicht.

Folgerichtig konzentriert sich das Verbundvorhaben auf folgende Schwerpunkte:

• Erarbeiten von Konzepten und Aufbau einer innovativen Mischbau-Karosseriestruktur für Elektrofahrzeuge basierend auf FVK und den NE-Metallen Aluminium und Magnesium
• Integration von Energiespeichern für die Elektromobilität in die Lastpfade der Karosseriestruktur
• Darstellung von Demonstratorbauteilen für den Aufbau der Mischbaukarosserie
• Intensive Betrachtung der hybriden Fügetechnik als Schlüsseltechnologie für eine innovative Mischbaukarosserie basierend auf FVK, NE-Metallen wie Aluminium und Magnesium
• Bewertung des Mischbaukonzepts anhand von experimentellen und numerischen Komponentenversuchen sowie durch ein Life-Cycle-Assessment
• Erarbeiten eines Prozesses, der die Lackierbarkeit von Multimaterial-Substraten mit heutigen Qualitätsanforderungen und angepasster Prozesstemperatur sicherstellt
• neue Aluminiumwerkstoffe für angepasstes Prozessfenster im Nieder-Temperatur-KTL-und Lackbereich
• Aufbau einer funktionsfähigen Gesamtkarosserie im Multimaterial-Design.

SMiLE verfolgt den Ansatz, durch die Integration von Partnern entlang der gesamten Wertschöpfungskette (Audi, Volkswagen, Porsche, Voith, BASF, Brökelmann, Clean-Lasersysteme, Dieffenbacher, Fraunhofer ICT, Fraunhofer IWM, Frimo, Uni-Stuttgart, TU Bergakademie Freiberg, TU Braunschweig ifs, KIT FAST, KIT IAM, KIT WBK, ThyssenKrupp, Novelis) die Basis für grundlegende und unternehmensübergreifende Innovationen zu gestalten.

Das Vorhaben gliedert sich in insgesamt 8 Teilaufgaben:

• Projektmanagement (AP0)
• Konzeptphase, Konstruktion und Auslegung (AP1)
• Werkstoff- und Prozesstechnologie endlosfaserverstärkter Duromere (AP2)
• Werkstoff- und Prozesstechnologie endlosfaserverstärkter Thermoplaste (AP3)
• Werkstoff- und Prozesstechnologie NE-Metalle (AP4)
• Fügetechnik für neue Elektrofahrzeuge im Multi-Material-Design (AP5)
• Nieder-Temperatur-Beschichtungsprozess (AP6)
• Aufbau Karosserie-struktur & Betrachtung Fahrzeug-Gesamtsystem (AP7)

Das Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST-LBT) beteiligt sich am Projekt SMiLE u.a. in leitender Funktion an der Formfüll- und Verzugssimulation sowohl der im RTM-Verfahren hergestellten duromeren Faserverbundbauteile als auch der mit UD-Tape verstärkten LFT-Bauteile. Darüber hinaus entwickelt das FAST Simulationsmethoden zur Beschreibung des Umformverhaltens thermoplastischer Tapestrukturen. In Abstimmung mit der VW-Konzernforschung ist das FAST zudem verantwortlich für die Konstruktion der themoplastischen Schikanegeometrie und des finalen thermoplastischen Demonstratorbauteils. Des Weiteren wirkt das FAST unterstützend bei der numerischen Abschätzung von Konzeptideen und bei der Vorhersage des Verhaltens von Verstärkungselementen im LFT-Prozess mit.

SMiLE AP2 - Demonstrator und Inhalte des AP Werkstoff- und Prozesstechnologie endlosfaserverstärkter Duromere

SMiLE AP3 - Demonstratorbauteil (links) und Umformsimulation der thermoplastischen Tapes des Demonstrators

Ausgezeichnet als BMBF-Leuchtturmprojekt der Elektromobilität.