Wenn unsere Automobilindustrie überleben will, muss sie sich radikal umstrukturieren. Ex-Audi-Vorstand Peter Mertens ist überzeugt: Zukunftsfähig sind nur die Unternehmen, die mehr Nachhaltigkeit wagen, die sich stark machen für mehr europäische Souveränität in der globalen Automotive-Industrie und sich öffnen für Kooperationen innerhalb und außerhalb der Branche. Dabei ist ein Zusammenschluss von Wirtschaft, Politik und Wissenschaft ebenso nötig wie ein neues Verständnis dessen, was ein Auto überhaupt sein soll.

Die Nachhaltigkeitsstrategie von Ford leitet sich aus den UN Nachhaltigkeitsentwicklungszielen ab, wobei insbesondere der Klimaschutz einen signifikanten Einfluß auf die automobilen Produkte hat. Angesichts der sich verschärfenden Klimakrise ist eine beschleunigte Elektrifizierung aller neuen Pkw bis 2030 erforderlich. Dies wird die gesamten CO2-Emissionen drastisch reduzieren und gleichzeitig die relative Bedeutung der Emissionen der Zulieferer/der Materialherstellung erhöhen.

Great Minds Think Light: The Altair Enlighten Award

Automotive industry’s only award dedicated to lightweighting and sustainability.

This year, the Altair Enlighten Award honored the greatest sustainability and lightweighting advancements that showed a successful commitment in reducing the carbon footprint, mitigating water and energy consumption, as well as successful efforts in material reuse and recycling. Sparking interest from industry, engineering, policymakers, educators, students, and the public alike, this annual award provides an environment to share the latest technology innovations dedicated to sustainability. The presentation will showcase the winners of the Enlighten Award 2021 and will introduce the Enlighten Award 2022. 

Great Minds Think Light: The Altair Enlighten Award Automotive industry’s only award dedicated to lightweighting and sustainability.

Im modernen Karosseriebau dominiert der Einsatz von Aluminium und Stahl. Die Komfort- und die Funktionsanforderungen (Crash, NVH, …) gegenüber dem Vorgänger steigen stetig. Die neue S-Klasse stellt ein Beispiel für intelligenten Leichtbau („das richtige Material am richtigen Ort“) dar. Durch den zielgerichteten Einsatz des Leichtbauwerkstoffs Aluminium sowie hochfester Stähle konnte das Karosseriegewicht im Vergleich zum Vorgänger deutlich gesenkt werden. Damit leistet der Rohbau einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der Gewichtsziele des Fahrzeuges. In der aktuellen A-Klasse Generation sind verstärkt hochfeste Stähle zum Erreichen der Gewichtsziele umgesetzt worden. Durch die stetige Steigerung des Materialausnutzungsgrad wird zum Beispiel der Schrottanteil reduziert und leistet damit bereits heute einen wesentlichen Beitrag zur Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit. Mit der „Ambition 2039“ findet die Konkretisierung der ganzheitlichen, nachhaltigen Unternehmensstrategie von Mercedes-Benz Cars im Wandel zur Elektromobilität statt. Neben der Einhaltung von Menschenrechten spielt das Thema Ressourcenschonung und die Reduktion der CO2-Emissionen eine wichtige Rolle in einer nachhaltigen Lieferkette. Bei der Herstellung konventioneller Fahrzeuge entsteht der größte Anteil der CO2-Emissionen in der Lieferkette der Karosseriewerkstoffe. Bei Elektrofahrzeugen ist neben den Karosseriewerkstoffen vor allem die Batterieherstellung relevant. Bei beiden Antriebskonzepten liegt dementsprechend ein besonderer Fokus auf der effizienten Metallerzeugung zum Erreichen einer CO2 neutralen Neuwagenflotte im Jahr 2039. In der Stahlerzeugung mit der klassischen Hochofenroute integrierter Hüttenwerke entstehen ca. 2,0 – 2,5 kg CO2/kg Flachstahl. Neben der Optimierung dieser Route ist eine Reduktion der CO2 Emissionen bei sukzessiver Umstellung auf die Stahlerzeugung via Direktreduktionsprozess in Kombination mit einem Elektrolichtbogenofen möglich. Schon heute arbeiten sogenannte „Mini-Mills“ mit dieser Prozessroute. Die Emissionen können weiter reduziert werden, wenn zur Direktreduktion „grüner“ Wasserstoff statt Erdgas und zum Betrieb des Elektrolichtbogenofens „grüner“ Strom genutzt werden. Zudem bieten die Elektrolichtbogenöfen die Möglichkeit des Nutzens höherer Sekundärmaterialanteile im Sinne der Ressourcenschonung. Analog dem Betrieb der Elektrolichtbogenöfen mit „grünem“ Strom können die Elektrolysen in der Aluminiumerzeugung mit regenerativen Energien versorgt werden, um die CO2-Emissionen von ca. 9 kg CO2/kg Aluminium auf ca. 4 kg CO2/kg Aluminium zu senken. Bis zur vollständigen Verfügbarkeit „grüner“ Halbzeuge muss eine Balance zwischen CO2-Emissionen im gesamten Fertigungsprozess, zunehmenden Funktionsanforderungen und einem wirtschaftlichen Produkt im Fokus stehen. 

Die Autoindustrie bewertet die Nachhaltigkeit zunehmend über den gesamten Produktlebenszyklus. Bisher wird

dabei die Möglichkeit zur Wiederbenutzung meist nicht betrachtet. Im Projekt FiberEUse sind 22 europäische

Partner beteiligt, um Lösungen für die Wiederverwendung von Composites zu finden. Der Königsweg hierbei ist

nicht das Recycling des Werkstoffs, sondern die direkte Wiederverwendung des Bauteils. EDAG hat hierzu eine

Fahrzeugplattform entwickelt, die nach einem ersten Produktlebenszyklus erneut in ein Fahrzeug eingebaut

werden kann. Die Plattform basiert auf langlebigem und leichtem Carbon, dass so zusätzlich während der

Nutzungsphase Emissionen einsparen kann.

Chaining from Production across Assembly to validate Product Performance 

In our fast changing economic and ecological status, the demands on product design and functional behavior of new products must be evaluated over their full lifetime, from inception to launch, retirement, destruction, and constituted recycling. This is the concern of the Outcome Economy evaluating the behavior holistically, not only financially. 

Similar in Virtual Engineering. The evaluation of the functional behavior has to be done holistically by considering the manufacturing process, the assembly processes of parts, components, sub-systems and final and a product from production, across assembly and test configurations and conditions.

In the presentation the integrated CAE process for multi-material joining and assembly will be outlined and discussed based on industries’ feedback.  

The keynote will highlight how the development process of serial production ready AM parts can be automated with low-code connecting powerful topology optimizations, topo reconstruction algorithms and process simulation & preparation tools. Due to the seamless connection of these tools throughout the development process engineers are able to almost fully automated the creation of highly efficient AM parts for serial production.

Mehr noch als Werkstoffe, erschließen hoch funktionsintegrierte, auf minimales Gewicht bei maximaler Steifigkeit optimierte Komponentendesigns das Potenzial von Leichtbau. Die  Gestaltungsfreiheit ist der Schlüssel und wird seit 3000 Jahren im Metallguss und seit 30 Jahren im Zusammenhang mit AM Verfahren genutzt. Die rechnerische Simulation von Gießprozessen ist seit über 30 Jahren Standard entlang der Gussteillebensdauer von der Komponentenentwicklung bis zur Serienfertigung, bei AM Prozessen wie Direct Laser Melting steckt sie noch in den Kinderschuhen. Für die industrielle Einführung und Verifikation von innovativen Komponenten aus innovativen Fertigungsverfahren spielt der virtuelle Nachweis der Machbarkeit eine große Rolle: Nur so können unzählige Designs und Varianten von Fertigungsprozessen in kürzester Zeit geprüft und verglichen werden.

Modernste Karosserietechnik basiert auf Plattformkonzepten, aus denen heute eine Vielzahl von Derivaten abgeleitet werden. Diese Plattformen sind in der Regel so ausgelegt, dass sie dem maximal zu erwarteten Lastniveau standhalten. Bei vielen Derivaten führt dies zum einen zu einer Überdimensionierung der Komponenten, zum anderen in der Folge - speziell in der Elektromobilität - zu übermäßigen Bauhöhen der Fahrzeuge.  

Durch die Verwendung eines leistungsstarken, aber kostenintensiven Leichtbaumaterials wie Carbon ist eine Überdimensionierung in der Regel nicht rentabel. In der kostenorientierten Großserie sollte Carbon nur dann verwendet werden, wenn das spezifische Belastungsniveau eine höhere Widerstandsfähigkeit des eingesetzten Werkstoffes erfordert. Genau hier setzt das HybCar-Konzept an. 

Mit Leichtbau ist es ANYBRID gelungen, eine starr stehende Kunststoffspritzgießmaschine in eine mobile, frei im Raum bewegliche Maschine zu verwandeln. Mit dieser konkurrenzlosen Technologie des Robotised Injection Moulding (ROBIN) werden Kunststoffe mit verschiedenen anderen Werkstoffen kombiniert, um den stetig wachsenden Markt für die Produktion von Hybridbauteilen zu bedienen. Zum ersten Mal werden die Vorteile der Polymerverarbeitung mit der Flexibilität der Robotik zusammengeführt, um die Produktion völlig neu zu denken. 

In diesem Vortrag werde ich, aufbauend auf den Projektergebnisses des Projektes MAI CaRinA, den Einsatz von rCF (recycelten Carbonfasern) für die Industrie erörtern und dabei die wichtigsten Hindernisse und Hemmnisse wie auch aktuelle Lösungsansätze diskutieren. Zu diesen gehören: Preisdruck, Nachhaltigkeit, Simulierbarkeit (CAE) und Qualitätssicherung an recycelten Produkten. Das Projekte CaRinA lief 3 Jahre und war mit Brose, Faurecia und Röchling auch sehr nah an der Automobilindustrie, so dass hier viele wichtigen Erkenntnisse entstanden sind. Forschungsergebnisse des Projektes wurden bereits auch im Peer-Review Journals veröffentlicht. 

The world is in urgent need of more sustainable human behaviour and society is demanding that companies take their responsibility. An important element in the drive towards sustainability is the reduction of greenhouse gas emissions. Car manufacturers are exploring all opportunities to reduce their fleets' average CO2-emissions, and electrification is one of the most effective options. 

Für eine signifikante Dekarbonisierung der Primärstahlherstellung will die Salzgitter Flachstahl GmbH ein Alleinstellungsmerkmal der Eisenmetallurgie nutzen: Wasserstoff kann bei der Eisenerzreduktion Kohlenstoff ersetzen, was zur Bildung von Wasser (H2O) anstelle von Kohlendioxid (CO2) führt. Zusätzlich kann die in der Stahlerzeugung und -weiterverarbeitung notwendige Prozesswärme durch elektrische Energie statt durch kohlenstoffhaltige Energieträger bereitgestellt werden. So lassen sich in letzter Konsequenz fast alle CO2-Emissionen der Stahlherstellung direkt vermeiden (Carbon Direct Avoidance). Mit Blick auf eine großtechnische Realisierung von CDA startete die Salzgitter AG das Projekt SALCOS® (Salzgitter Low CO2 Steelmaking) im Jahr 2015.

Der nächste Schritt zum neuen Design für lange, dünne Schrauben. 

In jeder Industrie findet ein ständiger Entwicklungsprozess statt. Mit neuen Anforderungen erreichen die etablierten Prozesse Ihre Grenzen. Mit den neuen elektrischen angetriebenen Fahrzeugen kommen neue Anforderungen für viele derer Komponenten, wie zum Beispiel am Elektromotor, an der Batterie, sowie an Brennstoffzellen auf. 

KAMAX als bekannter globaler Hersteller von Schrauben entwickelt permanent seine Produkte wie auch seine Prozesse neu. 

Mit den langen, dünnen Schrauben von Längen über 250 mm, die vornehmlich in Elektromotoren, Traktionsbatterien und Brennstoffzellenstapeln eingesetzt werden, kommen die bisher eingesetzten Prozesse an Ihre Grenzen. KAMAX hat deshalb einen jetzt patentieren Prozess entwickelt, um Schrauben herzustellen, die bessere Eigenschaften als die bisherigen Schrauben besitzen. 

Wir werden in dem Vortrag die Entwicklung, sowie die Vorteile des neuen Produkts und des neuen Prozesses vorstellen. 

Die Automobilindustrie steht vor einem Dilemma: Um Kraftstoff zu sparen, müssen Fahrzeuge leichtgewichtiger werden. Gleichzeitig machen neue Komponenten und Technologien sie immer schwerer. Die Lösung: Bauteile aus Aluminium. Aluminiumlegierungen erfordern eine aufwändige Bearbeitung mit zeit- und kostenintensiven Prozessen und verschiedenen Werkzeugen. Neben sehr zeitaufwendigen Werkzeugvoreinstellungen sind minderwertige Oberflächengüten, Gratbildung und ein ungleichmäßiger Werkzeugverschleiß keine Seltenheit. Der Werkzeughersteller Sandvik Coromant zeigt, wie hier besondere Fräserdesigns zur Lösung beitragen können und die Automobilhersteller kürzere Durchlaufzeiten, eine bessere Qualität und höhere Einsparungen erzielen können.

Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere CFK, in der Struktur von Automobilen hat sich trotz des herausragenden Leichtbaupotentials noch nicht etabliert. Neben den vermeintlich hohen Kosten wird häufig auch eine schlechte Ökobilanz der Materialien genannt. Entwicklungen der letzten Jahre im Bereich des Recyclings könnten hier eine Veränderung herbeiführen.

Die Verwendung von recycelten Fasern bietet eine Chance, die Attraktivität der Carbonfaser für den Automobilbau deutlich zu steigern. Durch Fortschritte in der Textiltechnik zur Aufbereitung und Herstellung von Halbzeugen aus recycelten Fasern können attraktive Preis-Performance-Verhältnisse für recycelte Faserverbundmaterialien erreicht werden. Auch die CO2-Bilanz für Recyclingprodukte sieht im Vergleich zu Neuware deutlich besser aus und macht den Einsatz in unterschiedlichsten Branchen vor dem Hintergrund der angestrebten CO2-Neutralität interessant.

Das Gesamtziel des Verbund-Forschungsvorhabens liegt in der Erweiterung des Einsatzbereiches von naturfaserverstärkten Bio-Kunststoff-Verbunden für High-Performance-Produkte. Der Fokus liegt dabei auf biobasierten Hochleistungsverbunden mit quasi-endloser Naturfaserverstärkung aus Bastfasern (BF) und biogener Kunststoffmatrix aus Biopolyamid (Bio-PA). 

Belastungsgerechte Laminataufbauten aus quasi-endlos faserverstärkten Einzelschichten sollen hierbei als partielle Verstärkungen über einen Hybrid-Spritzgussprozess sowie einer nachgeschalteten selektiven Strahlenvernetzung in hochbelastbare Strukturbauteile integriert werden. Hierfür werden verschiedene Material-, Technologie-, Auslegungs- und Recyclingkonzepte am Beispiel einer Kinder-Sitzschale kritisch erforscht und in eine praxisnahe Strukturanwendung überführt. Durch das Verbundvorhaben werden somit wichtige Erkenntnisse sowie Verarbeitungs- und Designmethoden für die Anwendung von naturfaserverstärkten Bio-Kunststoff-Verbunden in Strukturbauteilen erarbeitet.