Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICTprotECOlight – Nachhaltige und gewichtsoptimierte Schutzstrukturen im Unterbodenbereich für Fahrzeuge mit neuer Antriebstechnik
Im Projektvorhaben protECOlight werden nachhaltige und gleichzeitig serienfähige Wertschöpfungsketten für neuartige, faserverbundbasierte Leichtbau-Schutzstrukturen in Fahrzeugen mit alternativen Antriebskonzepten entwickelt. Zentrales Ziel dabei ist es, CO2 durch den Einsatz von nachhaltigen Kunststoffen einzusparen, eine Gewichtsreduktion der Bauteile während der Nutzungsdauer sowie eine gesteigerte Ressourceneffizienz innerhalb des Bauteilherstellungsprozesses zu erreichen. Hierfür wird ein ganzheitlicher, interdisziplinärer Ansatz auf Basis der Schlüsseltechnologie Leichtbau gewählt. Das Projektkonsortium setzt sich aus Partnern entlang der gesamten Wertschöpfungskette zusammen und besteht aus der Audi AG, der ElringKlinger AG, den Instituten ICT und IGCV der Fraunhofer-Gesellschaft sowie der Rühl Puromer GmbH. Damit vereinen die Partner Kernkompetenzen aus den Bereichen Forschung und Entwicklung, Material- und Halbzeugherstellung sowie der Endanwendung.
Motivation
Im Projektvorhaben protECOlight werden Schutzstrukturen für neuartige Antriebe wie z. B. batterie-elektrische (BEV) oder wasserstoffbetriebene (H2) Fahrzeuge in ökologisch nachhaltiger Kunststoff-Leichtbauweise entwickelt. Stand der Technik sind metallische Schutzstrukturen, wie sie aktuell in Serienfahrzeugen zu finden sind. Für BEVs handelt es sich dabei um große Bauteile, die eine im Unterboden des Fahrzeugs befindliche Batterie über die gesamte Fläche zwischen den Rädern abdecken und somit vor Beschädigungen schützen. Hierdurch ergeben sich Abmessungen von ca. 3 m² und ein Gewicht von ca. 30 kg für eine Aluminiumbauweise. Die anwendungsspezifische Entwicklung nachhaltiger Kunststoffe zur Substitution dieser Bauweise bietet ein großes Potential die CO2‑Emissionen in allen vier Lebenswegphasen – Material- und Bauteilherstellung, Nutzungsphase und End-of-Life – zu reduzieren. Hierfür gilt es, einen optimalen Kompromiss zwischen ökologischer Nachhaltigkeit, mechanischen Eigenschaften, Prozessfähigkeit und Kostenstruktur zu finden.
Gesamtziel des Projekts
Die Projektbezeichnung protECOlight vereint drei wesentliche Säulen der Zielstellung des Projekt-vorhabens. Die Themenschwerpunkte Ressourceneffizienz sowie Umwelt- und Klimaschutz im Sinne der ökologischen Nachhaltigkeit sowie einer umfassenden LCA-Bilanzierung im gesamten Produktlebenszyklus von Kunststoffen steht mit „ECO“ im Zentrum der Arbeiten. Eine weitere Säule ist der Grundgedanke des Material- und Konzeptleichtbaus, repräsentiert im Titel durch den Zusatz „light“, wodurch die Zielstellung einer verbesserten Materialausnutzung bei reduziertem Gewicht im Automobilbau adressiert wird. Die im Fokus stehenden Anwendungen sind Leichtbau-Schutzstrukturen im Unterbodenbereich, welche den Zusatz „protection“ in der Namensgebung des Projektes bedingen. Die Funktion dieser Bauteile ist im Wesentlichen der Schutz sensibler Energiespeicher neuartiger Antriebstechnologien, wodurch ein zentraler Beitrag zur Fahrzeugsicherheit und Akzeptanz der neuen Antriebstechnologien im Markt geleistet wird. Damit der Leichtbau als Innovationstreiber in der breiten industriellen Anwendung etabliert werden kann, müssen innovative Leichtbaulösungen den vorherrschenden Randbedingungen hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit innerhalb einer Serienproduktion gerecht werden. Um ein möglichst großes und langfristiges Potenzial in der CO2-Einsparung zu erreichen, verfolgt protECOlight zwei Lösungsansätze für Leichtbau-Schutzstrukturen im Unterbodenbereich. Zum einen den Einsatz einer Polyurethan (PUR)-Sandwichstruktur für sportliche Fahrzeuge mit erhöhtem Leichtbaufokus. Zum anderen eine Kombination thermoplastischer Tapes mit langfaserverstärkter Thermoplast (LFT)-Pressmasse auf Polypropylenbasis als Sandwichstruktur für großvolumige, kostengetriebene Fahrzeugprojekte. Beide Ansätze werden innerhalb des Projektes, beginnend vom Material, über den Prozess, bis hin zum Demonstrator, abgebildet, systematisch analysiert und hinsichtlich ihrer Marktreife bewertet. Dies beinhaltet neben der Bewertung der Reduktion der Treibhausgasemissionen durch die entwickelten Leichtbaulösungen auch die Bewertung der Wirtschaftlichkeit. Zu diesem Zweck wird bereits auf Materialebene, unter Berücksichtigung einer möglichen Serienfertigung, die Entwicklung und der Einsatz nachhaltiger Systeme (z.B. Recyclingpolypropylen und biobasierte PUR-Systeme) fokussiert und ein möglichst geschlossener Kreislauf der Leichtbaumaterialien sichergestellt und ganzheitlich über den gesamten Produktlebenszyklus bilanziert.
