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Modern vehicles are adding weight - weight that needs to be offset through the use of lighter materials, like aluminium.  ©iStock
Moderne Fahrzeuge erhöhen das Gewicht - Gewicht, das durch die Verwendung leichterer Materialien wie Aluminium ausgeglichen werden muss. © iStock
Design thinking

Wie die Elektrifizierung das Fahrzeugdesign verändert

Im Allgemeinen werden unsere traditionellen mit fossilen Brennstoffen betriebenen Personenkraftwagen nicht leichter. Kunden wünschen sich größere Fahrzeuge mit mehr Technologie in ihren Autos, wie Infotainmentsysteme und Fahrerassistenzfunktionen. Das alles erhöht das Gewicht, das auf irgendeine Weise ausgeglichen werden muss.

Hier in den USA versuchen OEMs die Kilometer- und Emissionsstandards für ihre Fahrzeugflotten zu erfüllen, die mit der Zeit immer strenger werden. Die meisten Autos, die sie herstellen, sind Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor (ICE). Sie sind auch relativ groß, weil US-Kunden größere Fahrzeuge bevorzugen – Crossover Utility Vehicles (CUVs) oder sogar größere.

Größere Fahrzeuge benötigen mehr Masse in der Karosserie-Struktur - die Knochen des Fahrzeugs - und in ihren Crash-Management-Systemen wie Front-/Heckstoßstangensystemen und Seitenaufprallträgern. Kombinieren Sie dies mit dem zusätzlichen Gewicht an Komfort und Sie werden feststellen, dass diese Fahrzeuge ein erhebliches Gewichtsproblem haben.

Elektrifizierung: eine bedeutende Herausforderung

Vor diesem Hintergrund werden große ICE-Fahrzeuge Schwierigkeiten haben, die künftigen Standards zu erfüllen, es sei denn, die OEMs unternehmen drastische Schritte in Richtung Leichtbau – oder ändern ihre Antriebsstrangstrategie vollständig. Ja, es gibt geringfügige Effizienzgewinne durch technologische Verbesserungen herkömmlicher Antriebsstränge, aber das reicht nicht aus. Aus diesem Grund bewegt sich die Autoindustrie im Allgemeinen in Richtung Elektrifizierung, um diese strengen Emissionsstandards zu erfüllen.

Der Übergang zu Elektrizität ist für einige OEMs eine große Herausforderung. Es stellt eine große Veränderung in der Art und Weise dar, wie sie sich dem Fahrzeugdesign nähern – insbesondere dem Antriebsstrang, aber auch der Struktur und Sicherheit des Fahrzeugs durch die Integration eines Batteriepacks und elektrischer Hochspannungskomponenten. Einen Schritt weiter geht die Entwicklung der Fahrerassistenztechnologie hin zu vollständiger Autonomie und die Notwendigkeit einer ausgeklügelten Software-Integration, die heutzutage in vielen traditionellen Fahrzeugen nicht mehr vorhanden ist.

Neue Anwendungen jenseits von BIW-Komponenten

Die Umstellung auf Elektrifizierung bringt viele neue Anwendungen mit sich, die über die herkömmlichen BIW-Komponenten (Body-in-White) hinausgehen. Zum Beispiel sehen wir eine erhöhte Nachfrage nach elektrischen Leitern aus Aluminium – Batteriekabel, Sammelschienen für Elektromotoren usw. – an Bord des Fahrzeugs, die anstelle von Kupfer eingesetzt werden sollen. Legierungsqualitäten mit hoher Leitfähigkeit in Kombination mit intelligentem Produktdesign führen zu leichteren und kostengünstigeren Lösungen mit der gleichen elektrischen Leistung wie Kupfer.

Darüber hinaus gibt es viele spezifische Anwendungen für Batteriepacks - Gehäuse (Extrusionen und Aluminiumbleche), interne Strukturen (Extrusionen), Batteriekühlung (Extrusionen und Bleche), Zellenverbindungsplatten (Bleche) und mehr.

Und dann haben Sie die Infrastrukturseite in Form von Ladestationen und stationären Speichern, die sowohl strukturelle als auch elektrische Aluminiumlösungen enthalten.

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Material-Mix in der Architektur bietet einen Mehrwert in Bezug auf Leistung, Gewicht und Kosten

Die Industrie hat in den letzten 20 bis 25 Jahren große Schritte mit dem Aluminium-Leichtbau unternommen, aber ich bin der Meinung, dass die meisten niedrig hängenden Früchte, die auf Komponentenebene hergestellt werden können, größtenteils hergestellt wurden. Und der Fokus hat sich nun auf Lösungen mit gemischten Materialien auf Systemebene ausgerichtet.

Heutzutage konzentriert sich ein Großteil der Branche darauf, das richtige Material mit der richtigen Anwendung oder Komponente abzustimmen. Dies führt zu einer Architektur mit Material-Mix und führt zu einer Optimierung hinsichtlich Leistung, Gewicht und Kosten. Und im Allgemeinen denke ich, dass viele OEMs eine solche Strategie implementieren können, eine Strategie mit einem Material-Mix und geringem Gewicht. Es geht nur darum, wie bestimmt sie bei der Umsetzung sind und wie offen sie für die Zusammenarbeit mit ihren Materiallieferanten sind.

Passendes Aluminium für die richtige Anwendung

Ein gutes Beispiel für die Wahl des richtigen Materials für die richtige Anwendung ist die Verwendung von Aluminiumprofilen für den Seiten-/Front-/Heckcrashschutz in Form von Seitenschwellern, Front-/Heckstoßstangen und Rahmenschienen. Die Längenanforderung für diese Komponenten in Kombination mit einer hohen Duktilität und der Fähigkeit, Material dort zu platzieren, wo es benötigt wird, ermöglicht die Optimierung der Energieabsorption, des Gewichts und der Kosten, die für eine bestimmte Fahrzeugplattform spezifisch sind. Die Optimierung bis auf Komponentenebene sorgt für eine hervorragende Sicherheitsleistung auf Fahrzeugebene – wie die Sicherheitsbewertungen der derzeit auf dem Markt befindlichen Batterie-Elektrofahrzeuge zeigen.

OEMs benötigen das Know-how innovativer Partner, um eine Strategie für einen Material-Mix zu erreichen und ihre Fahrzeuge weiterzuentwickeln. Sie haben erkannt, dass Aluminium auf absehbare Zeit eine große Rolle in ihrer Fahrzeugarchitektur spielen wird, bis etwas mit gleichwertigen mechanischen Eigenschaften und geringerem Gewicht auf den Markt kommt.

Angesichts der größeren Herausforderungen beim Übergang zu Elektrofahrzeugen mit Langstreckenbatterie und der eventuellen Autonomie sehe ich nur, dass sich diese Beziehung im Laufe der Zeit verstärkt.

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