Prozesse und Prozessketten zur Produktion von Komponenten des Antriebsstranges und des Fahrwerks haben in der Herstellung und in der Nutzung von Fahrzeugen ein deutliches Potenzial für eine Ressourcen- und Energieeinsparung. In der Herstellung lassen sich mit innovativen Fertigungsverfahren neuartige Prozessketten entwickeln, deren Material- und Energieverbrauch gegenüber dem Stand der Technik erheblich günstiger ist. Für die Nutzung von Fahrzeugen kann der Energiebedarf durch konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen an den Fahrzeugkomponenten positiv beeinflusst werden. Für beide Bereiche des Produktlebenszyklus lassen sich so signifikante CO2-Einsparungen im Fahrzeugbau und Verkehr realisieren.
Vor diesem Hintergrund haben im Rahmen des BMWK-Forschungsvorhabens Antriebsstrang 2025 sechs Partner aus der Industrie und drei Institute der Leibniz Universität Hannover ihre Kompetenzen gebündelt, um neuartige ressourceneffiziente Prozessketten zur Herstellung von Antriebsstrangkomponenten und Energiesparpotenziale für ihre Nutzungsphase zu entwickeln und zu erforschen. Die Ergebnisse aus dieser erfolgreichen Kooperation wurden nun ausführlich in einem Abschlussbuch zusammengefasst (ISBN 978-3-95900-816-7). Unter folgendem Link ist ein kurzes Projektporträt zu finden.
Im Detail konnten Zylinderlaufbuchsen mit einer angepassten Geometrie und Topographie versehen werden, um Reibungsverluste im späteren Einsatzverhalten zu reduzieren. Für die Serienfertigung von Fahrwerkskomponenten wurden periphere Prozessketten für den Kokillenguss untersucht und optimiert, um die Ressourceneffizienz bei Herstellung, Lebensdauer und Wartung zu erhöhen. Mit einer Laserstrukturierung der Gussformen konnte zudem das Bauteilgewicht reduziert werden. Ein automatisiertes Formreparaturschweißverfahren ermöglicht zusätzlich eine erhöhte und genau vorhersagbare Lebensdauer. Darüber hinaus wurden Prozessketten für die Herstellung von Antriebswellen angepasst. Durch den Wegfall der Hartbearbeitung wird in der Produktionsphase Energie eingespart und in der Nutzungsphase werden durch die Einbringung von Mikrostrukturen Reibungsverluste reduziert. Außerdem wurde eine Prozesskette für eine neuartige, dreiteilig geschweißte Hohlwelle entwickelt und erprobt, welche das Bauteilgewicht gegenüber konventionellen Leichtbauwellen nochmals reduziert.
Als weiterer Teil des Antriebsstrangs sind Flügelzellenpumpen für einen Teil der Reibung im Motor verantwortlich. Dieses tribologische System bietet ein hohes Potenzial zur Effizienzsteigerung. Daher werden Mikroschmiertaschen aufgebracht, die zu einer tribologischen Verbesserung der Mischschmierung führen und somit das Reibungsverhalten verbessern. Innerhalb der ressourceneffizienten Fertigungsplanung wurde weiterhin eine Systemarchitektur zur Fertigungsplanung der oben genannten Prozesse entwickelt. Diese ermöglicht die ganzheitlich energie- und ressourceneffiziente Feinplanung von Bearbeitungsprozessketten auf Basis des kumulierten Energieaufwands. Unter Berücksichtigung der zyklusbedingten Maschinenstillstandszeiten und des Energiebedarfs für die Werkzeugherstellung werden ökologisch optimierte Prozessstellgrößen berechnet. Für eine abschließende Betrachtung der vorangegangenen Innovationen wurde ein digitaler Demonstrator entwickelt. Mit diesem Tool ist es möglich, den Hauptenergieverbrauch des Herstellungsprozesses der genannten Antriebsstrangkomponenten zu berechnen. Darüber hinaus ermöglicht der digitale Demonstrator die Berechnung des gesamten Kohlenstoff-Fußabdrucks für die erwartete Nutzungsdauer.
Insgesamt konnte für die betrachteten Antriebsstrangkomponenten ein jährliches Einsparpotenzial bezogen auf Deutschland in Höhe von 33.594 MWh bzw. 926.742 t CO2 ausgewiesen werden. So entspricht das Projektergebnis einem Einsparpotenzial des jährlichen Strombedarfs von etwa 723.500 3-Personen-Haushalten. Die erzielten Erkenntnisse, das sind die innovativen Prozesse, Werkzeuge und Methoden, lassen sich auch auf weitere Komponenten oder Derivate im Automotive Sektor adaptieren. Mit einer breiteren Anwendung der erzielten Ergebnisse sind weitere erhebliche Energieeinsparungen und Reduzierungen von Treibhausgasemissionen möglich. Das Projekt hat somit einen starken Hebel im Sinne der Nachhaltigkeit.
„Das Projekt Antriebsstrang 2025 hat gezeigt, welches Potential für Energieeinsparungen in fertigungstechnischen Innovationen steckt. Bereits im Rahmen unseres Projektes konnten wir ein beachtliches Einsparpotential aufzeigen. Zudem erfreut es, dass einzelne Forschungsergebnisse bereits kurz nach Projektende vor der Einführung bei unseren Industriepartnern stehen. Ein großer Dank geht natürlich auch an das BMWK sowie den Projektträger Jülich für die Förderung und Begleitung des Projekts, ohne die das Forschungsvorhaben nicht möglich gewesen wäre! “, so Projektbearbeiter Leon Reuter.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Philipp Pillkahn, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 (0) 511 – 762 5389 oder per E-Mail (pillkahn@ifw.uni-hannover.de) gern zur Verfügung.
