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Wie ist einerseits den Anforderungen von heuteund morgen mit effizienten Antriebstechno-logien und nachhaltigen Energieträgern zu be-gegnen und andererseits die Verbindung zwi-schen hohem Umweltmanagement und nied-rigen Unterhaltskosten herzustellen?

Das sind Fragen aber auch Herausforderungenfür OEMs und Zulieferer zugleich:

Womit fasziniert die dritte Generationdes kompakten Sportwagens?

Wie sieht ein innovatives Energiemanagementfür das Bordnetz der Zukunft aus?

Sind neue Materialien in Türsystemen der„Türöffner“ für Leichtbau und Effizienz?

Welche Möglichkeiten der Qualitätssicherungbei der rasant zunehmenden Vernetzung imFahrzeug gibt es?

Industrie 4.0 – welche Herausforderungenan die Werkzeugmaschinentechnik werdengestellt?

Wie werden Serienanläufe erfolgreichumgesetzt?

Inwieweit weist der Audi Sport quattro laser-light concept neue Wege in Bezug auf die Kraftund emotionale Eleganz?

Welches Potenzial bieten faserverstärkteKunststoffe für den Leichtbau und andereFunktionalitäten?

Wie sieht das massentaugliche Elektro-Autofür das urbane Umfeld aus?

Welche neuen Werkstoffe für die Elektro-mobilität erfordern angepasste Füge- undTrennverfahren?

Interessante Themen rund um das Automobilwerden den Blick auf das Wesentliche schärfen!

Walter Fürst

Geschäftsführer

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Editorial

Mobilität der Zukunft

Impressum:

Herausgeber: media mind GmbH & Co. KGHans-Bunte-Str. 580992 MünchenTelefon: +49 (0) 89 23 55 57-3Telefax: +49 (0) 89 23 55 57-47ISDN (MAC): +49 (0) 89 23 55 57-59E-mail: mail@media-mind.infowww.media-mind.info

Verantwortlich: Walter Fürst, Jürgen Bauernschmitt

Gestaltung + DTP: Jürgen Bauernschmitt

Druckvorstufe: media mind GmbH & Co. KG

Verantwortl. Redaktion: Ilse Schallwegg

Druck: Druckerei Frischmann, Amberg

Erscheinungsweise: 1 mal jährlich

© 20014/2015 by media mind GmbH & Co. KG, MünchenKein Teil dieses Heftes darf ohne schriftliche Genehmigung derRedaktion gespeichert, vervielfältigt oder nachgedruckt werden.

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Editorial 3

VorwortDr. Bernd Martens, AUDI AG

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BAYERNINNOVATIV

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Energiemanagement 20

Innovatives Energiemanagement

für das Bordnetz der Zukunft

Autor: Dipl.-Ing. Sohejl Rafati Auto-Kabel Management GmbH

Türsysteme 24

Die Zukunft wird leichter: Neue Materialien in

Türsystemen

Brose Fahrzeugteile GmbH & Co.Kommanditgesellschaft, Coburg

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AutomobiltechnikumBayern GmbH

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Audi TT 14

Emotion, Dynamik und Hightech –

Der neue Audi TT

Ansprechpartner: Christoph LungwitzAUDI AG, Ingolstadt

ENGINEERING.ing 19

MEGIST: Serienanläufe erfolgreich umsetzen

Ansprechpartner: Selina von WaldenburgMEGIST GmbH

Fahrerassistenzsysteme 26

Test und Absicherung von kooperativen und

hochautomatisierten Fahrerassistenzsystemen

ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH

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Werkzeugspannsysteme 30

Industrie 4.0, Eine Herausforderung der Kompo-

nenten für die Werkzeugmaschinentechnik

Autoren: Hubert Sykora, Robert HerrmannOTT-JAKOB Spanntechnik GmbH

Whiteblue Consulting GmbH 28

Qualitätssicherung durch Continuous Integration –

Was wir von anderen Branchen lernen können.

Autoren: Dirk Kypers, Thorsten WackerWhiteblue Consulting GmbH

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Expressspritzguss 42

Expressspritzguss – Design aus einem Guss

Autor: Dipl.-Ing. Alexander Kaluscheacad group

Computertomographie 34

Computertomographie für Gesamtfahrzeuge

oder Fahrzeugkomponenten

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Michael SalamonFraunhofer Entwicklungszentrum Röntgentechnik (EZRT)

Reibkorrosion 38

Reibkorrosion – der heimliche Killer lösbarer

Kontakte

Kontakt: Dr. Frank Ansorge, Fraunhofer-Institut fürZuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Network ofAutomotive Excellence

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Network of Automotive Excellence

Kontakt: Dipl.-Kfm. H. Köpplinger, ewf institute NoAE

Massentaugliche Elektromobilität 46

Massentaugliche Elektromobilität

für das urbane Umfeld

Autor: Prof. Dr.-Ing. Markus LienkampLehrstuhl für Fahrzeugtechnik (FTM), TUM

Massentaugliche Elektromobilität

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Carbon Composites – Leichtbau für die

Elektromobilität

Autor: Prof. Dr.-Ing. Klaus DrechslerLehrstuhl für Carbon Composites

Neue Werkstoffe 56

Neue Werkstoffe für die Elektromobilität

erfordern angepasste Füge- und Trennverfahren

Autoren: Dipl.-Ing. Alexander Fuchs,Prof. Dr.-Ing. Michael F. Zäh, iwb, TUM

Audi Sport quattro laserligth concept 48

Der Audi Sport quattro laserligth concept

Ansprechpartner: Josef SchloßmacherAUDI AG, Ingolstadt

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Mainfranken 44

Mainfranken – eine (e)mobile Region

Autor: Sebastian KühlRegion Mainfranken GmbH

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Sonderteil e-Car

Hochleistungsmagnete 52

Ressourcenschonende Wertschöpfungsketten

für Hochleistungsmagnete

Autoren: Dipl.-Ing. T. Klier, Dipl.-Wirtsch.-Ing. F. Risch

Friedrich-Alexander-Universität, Erlangen-Nürnberg

Innovationskraft ist der Motor unserer

Wirtschaft. Wir bei Audi wissen, dass es

unerlässlich ist, sich dafür einzusetzen – mit

Leidenschaft, tagtäglich und an jedem

Arbeitsplatz. Im Geschäftsbereich Be-

schaffung verstehen wir uns als Türöffner

für Innovationen aus dem Mittelstand.

Denn viele Herausforderungen lösen wir

zusammen mit unseren Zulieferern.

Diesen Prozess moderieren und gestalten

wir; dazu binden wir unsere Partner mit

Weitblick über Innovationsforen und

Konzeptwettbewerbe ein: zum beidersei-

tigen Vorteil, mit Respekt gegenüber der

Leistung des anderen und mit dem Ziel,

unseren Kunden den sprichwörtlichen

Audi-Vorsprung zu bieten.

Gemeinsam stehen wir im Wettbewerb –

weltweit. Audi wird 2014 erstmals mehr

Autos im Ausland fertigen als hierzu-

lande. 2016 werden wir in 14 Fabriken

rund um den Globus produzieren. Das

generiert auch hierzulande Wachstum:

Im vergangenen Jahr haben wir alleine in

Deutschland 3.000 neue Stellen geschaf-

fen – die meisten davon im Freistaat.

Viele Zulieferer aus Bayern sind auch an

unserer Seite, wenn wir Kunden in ande-

ren Ländern begeistern. Die Beschaffung

hat dabei eine Schlüsselstellung. Rund

um unser neues Werk in Mexiko etwa

unterstützen uns bekannte Partner aus

der Heimat: beim Aufbau der Fabrik,

beim Fahrzeugprojekt Audi Q5, beim

Schöpfen neuer Quellen für Local con-

tent. Wir befinden uns in einem

Aufbruch, der uns fit für die Zukunft hält –

auch zu Hause am Innovationsstandort

Bayern.

Türöffner für Innovationen

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Dr. Bernd Martens

AUDI AG Mitglied des Vorstands,Beschaffung

Die individuelle Mobilität be-findet sich im Umbruch. Me-gatrends wie Globalisierung,Urbanisierung, Individualisie-rung, Konnektivität, Neo-Öko-logie und die demographischeEntwicklung haben massivenEinfluss auf das Mobilitätsver-halten der Menschen und aufdie Produkte der Automobil-industrie. Treiber des Wandelssind vor allem kundenspezifische,technologische, politisch-rechtli-che, ökologische und ökonomi-sche Fragestellungen – Herausfor-derungen, denen sich die Auto-mobilindustrie auch in derVergangenheit immer wiederstellen musste. Neu ist dieDynamik der Veränderungen.

Maßgeblicher Innovationstreibersind die Bedürfnisse und Erwar-tungen der Kunden. Sie ent-scheiden letztendlich, ob einProdukt am Markt abgesetzt wirdoder nicht. Der Wunsch nachMobilität ist nur eines von vielenEntscheidungskriterien für einenFahrzeugkauf. Denn Fahrzeugedienen seit jeher auch dazu,unterschiedliche Lebensweisen zurepräsentieren. „Ein Auto ist einStatement und mit jedem Auto-kauf treffen wir eine Entschei-dung, wie wir von außen wahrge-nommen werden wollen – einbisschen agiler, ein bisschen

wohlhabender, ein bisschen ver-nünftiger“, resümiert der renom-mierte Designer Prof. LutzFügener von der UniversitätPforzheim. Seiner Meinung nachkönnen Autodesign und neueMobilitätskonzepte dafür sorgen,dass Autos auch für junge Ziel-gruppen weiterhin attraktiv blei-ben, obwohl diesen eigentlicheine nachlassende Autoaffinitätbescheinigt wird. Einen Schritt weiter gehtDr. Karlheinz Steinmüller,Wissenschaftlicher Direktor derZ_punkt GmbH. Er ist über-zeugt, dass der multimobileMensch der Zukunft Reisezeitnicht als Verlust, sondern als viel-fältig zu nutzende Qualitätszeitbetrachten wird. ErweiterteFunktionalitäten, Infotainmentund ein angenehmer Fahrzeug-

innenraum sorgen dafür, dassdie Fahrzeit sinnvoll genutztwerden kann, auch wenn derVerkehrsfluss ins Stocken gerät.Der Fahrzeuginnenraum wirddank leichtem Ambiente, stim-mungsvoller Beleuchtung, fu-genlosem Design, transparen-ten, eingefärbten oder deko-rierten Oberflächen und na-türlichen Materialien zur Wohl-fühlzone. Bedeutung habenEigenschaften wie Wertigkeit,Echtheit, Qualität und Nach-haltigkeit, mit Blick auf Nut-zerkonzepte wie Car Sharingaber auch Robustheit.

Individualisierte Lebensstile unddie Flexibilisierung der Arbeits-welt sind zwei Faktoren, diegroßen Anteil an der Verände-

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Das Fahrzeug der Zukunft

Die Automobilindustrie hat eine einmalige Erfolgsgeschichte geschrieben. Doch welche Faktorenprägen das Automobil der Zukunft? Maßgeblichen Anteil daran werden weitere innovative Ent-wicklungen der Automobilhersteller und Zulieferer haben. Die Bayern Innovativ GmbH unter-stützt sie beim Innovationsmanagement mit maßgeschneiderten Dienstleistungen. Trends undEntwicklungen für das Fahrzeug der Zukunft zeigt Bayern Innovativ beim gleichnamigen Kongressin der BMW Welt München.

Der Fahrer der Zukunft ist weit mehr als der Maschinist der Vergangenheit. Infotainment,Assistenzsysteme und ein angenehmer Innenraum ermöglichen ihm, unterwegs vieleAufgaben wahrzunehmen

Individuell – der Kunde

Mobil und flexibel

funktionen erhalten bleiben.“Die wichtigsten Enabler fürInnovationen im Automobilsind heute Elektrik und Elektro-nik. Das jährliche Wachstum indiesem Bereich beträgt sechsProzent, wobei Software, Halb-leiter, Displays und Antriebs-regelung mit Wachstumsratenvon rund acht Prozent an derSpitze liegen.

Leistungsfähige Elektrik undElektronik sind Grundvorausset-zungen für eines der derzeitbedeutendsten Trendthemen derAutomobilindustrie – das auto-matisierte Fahren. Wichtige Im-pulse liefert hier die Konsum-güter- und Unterhaltungsindus-trie: So stehen „Wischen“ und„Zoomen“ für weit mehr alszwei Handbewegungen. „ImAuto der Zukunft ist der Fah-rer nicht mehr der Maschinistder Vergangenheit“, so GuidoMeier-Arendt, Ergonomie-Ex-perte der Continental AG. DasAuto passt sich seinen geänder-ten Erwartungen und Bedürfnis-sen an. Die Elektronik gibt ihmdie Freiheit, während der Fahrt

zepten liefert regelmäßig Ant-worten auf die Megatrends undsorgt dafür, dass das Automobilweiterhin an Attraktivität für dieunterschiedlichen Kunden aufden Weltmärkten gewinnt.Bei der Entwicklung innovativerKomponenten gehen OEMs undZulieferer zum Teil sehr unge-wöhnliche Wege. So untersuchtdie Leoni Bordnetz-SystemeGmbH mit Hilfe der Bionikneue Ansätze für die Architekturvon Bordnetzen. „Ein Fahrzeugmit vielen Assistenzsystemenkann man grundsätzlich miteinem Lebewesen vergleichen“,so Dr. Wolfgang Langhoff,Vice President R&D Global derLeoni Bordnetz-Systeme GmbH.„Beide müssen eine Vielzahl anInformations- und Leistungs-übertragungspfaden möglichsteffizient koordinieren. Die Daten-übermittlung muss möglichstrobust und fehlertolerant sein,damit bei Störungen oder„Verletzungen“ nicht schlag-artig das Gesamtsystem funk-tionsunfähig wird. Es musseine sinnvolle Anzahl anRedundanzen eingebaut sein,sodass die wichtigen Vital-

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rung der Verkehrsnachfrage ha-ben. Menschen wollen mobil undflexibel sein und suchen dafürnach intelligenten Lösungen. Vorallem bei jungen Erwachsenenfindet eine Verschiebung desMobilitätsverhaltens statt: Die„Metromobilen“ nutzen undkombinieren anlassbezogen un-terschiedliche Verkehrsmittel undgreifen dabei auf immer umfas-sendere Mobilitäts-Dienstleistun-gen zurück. „Die Zukunft ist mul-timodal“, so Dr. Steinmüller. Er istüberzeugt, dass sich die Grenzezwischen öffentlichem und Indi-vidualverkehr verwischt. Oberste Priorität bei der ver-netzten intelligenten Mobilitätder Zukunft hat die Nutzer-freundlichkeit. Den Schlüssel lie-fert die Informationstechnologie.Sie ermöglicht die Nutzung ge-meinschaftlicher Verkehrsmittel –von Bus und U-Bahn bis hin zuelektrischen Fahrzeugen. MobileSmart Devices stellen dafür dierichtigen Informationen am rich-tigen Ort zur richtigen Zeit zurVerfügung.Prof. Markus Lienkamp, In-haber des Lehrstuhls für Fahr-zeugtechnik an der TU Mün-chen, ist überzeugt, dass zwischen2020 und 2025 ein massiver Um-bruch zur Elektromobilität erfol-gen wird. Wesentliche Treiberwerden nach Meinung des Auto-mobil-Experten nicht schärfereAuflagen des Gesetzgebers sein,sondern die steigenden Mobili-tätskosten für den Verbraucher.„CO2-Gesetze werden keinegroße Rolle mehr spielen, Mobi-litätsangebote mit Elektrofahrzeu-gen hingegen schon“, so Lienkamp.

Der Fortschritt bei Technolo-gien, Design und Mobilitätskon-

Autofahrer legen zunehmend Wert auf eine individuelle Gestaltung des Innenraums.Bayer MaterialScience hat hierfür ein integriertes Konzept erstellt

Treiber Technologie

Wischen und Zoomen

Nachhaltigkeit, ursprünglich ent-standen aus den Umweltbewe-gungen der 80er Jahre, wirdheute als gesellschaftliche Ver-antwortung akzeptiert und istauch Teil der automobilen Zu-kunftsfähigkeit. Der stark an-gestiegene Ölpreis und die CO2-Diskussion haben diesen Mega-Trend enorm beschleunigt. Fürnahezu alle Industrien gilt heute,dass Produkte kaum noch ver-marktbar sind die an diesemTrend vorbeientwickelt wordensind. BMWi richtet nur denAntrieb sondern auch die Mate-rialauswahl nach ökologischenGesichtspunkten aus. „Emissi-onsfreies Fahren ist nicht genug“,betont Benoit Jacob, LeiterBMWi Design der BMW AG.Bei den i-Modellen kommendaher besonders viele Nawarosund Recycling-Werkstoffe zumEinsatz. Einige Textilien wer-den aus den Fasern von PET-Flaschen hergestellt.

Jens Redmer, Business Develop-ment Manager bei Google, istsich sicher: „Zukunft ist schonjetzt.“ Tatsächlich existierenbereits heute mannigfaltige Mög-lichkeiten, um unser Leben inverschiedenen Bereichen mittelsintelligenter Technologien sowiemoderner IT- und Kommunika-tionstechnologien zu vernetzenund die Lebensqualität der Men-schen und die Standortqualität fürdie Wirtschaft zu verbessern.„Smart Cities“ verschaffen denBürgern mit digitalen Lösungeneine angenehme urbane Umge-bung. Der Informations- und Kom-munikationstechnologie kommt

Nicht nur Innovationen in derFahrzeugtechnik, sondern auchInnovationen in der Produktionwerden das Fahrzeug der Zu-kunft massiv beeinflussen. Sosteht die additive Fertigung amÜbergang von einer Prototypen-Technologie zur Serienreife.„Die größten Vorteile der addi-tiven Fertigung liegen in denMöglichkeiten, Produkte undBauteile zu individualisieren,Teile mit geringer Losgröße zufertigen, viele einfache in wenigehochkomplexe Teile zu integrie-ren und im Wegfall von Werk-zeugen,“ so Jim Kor, Präsidentvon Kor Ecologic aus Kanada.Sein Unternehmen will mit demURBEE2 ein fast vollständig im3D-Druck gefertigtes Fahrzeugproduzieren. Die Konsolidierungvon Teilen in eine einzige Kom-ponente reduziert die Montage-anforderungen enorm. Produkti-onsschritte können entfallen undkomplexe Objekte in nur einemProduktionsschritt gefertigt wer-den. Dezentrale Fertigungsstruk-turen schaffen mehr Flexibilität,gesteigerte Effizienz und mini-male Lagerbestände. Das giltauch für Ersatzteile, weil sie jenach Bedarf in der Nähe desVerwendungsortes auf 3D-Druckern direkt aus der Softwaregefertigt werden können. Wei-tere Vorteile der additiven Ferti-gung sind, dass unterschiedlicheTeile auf ein und derselben Ma-schine hergestellt werden kön-nen. „Schlussendlich ermöglichtdie additive Fertigung eine bis-lang unerreichte Designfreiheit.Gutes Design erlaubt, leichte-re und robustere Teile mitkomplexen Geometrien her-zustellen“, so Jim Kor. Vorbildist auch hier die Bionik.

vielfältige Aufgaben zu erle-digen. Als einer der weltweit größtenZulieferer verfolgt die Continen-tal AG einen klaren Fahrplan zurRealisierung teil-, hoch- undvollautomatisierter Fahrfunktio-nen. Continental entwickelt undproduziert sowohl Systeme fürdie automatisierten Fahrfunktio-nen wie für eine adäquate Steue-rung. Dabei spielen Systeme zurFahrermodellierung, berührungs-empfindliche Oberflächen, neueStrategien zur Aufmerksamkeits-und Gestensteuerung und zurFahrerzustandserkennung wich-tige Rollen. Ein visionäres Experimentzum Thema Mensch-MaschineSchnittstelle (HMI) ist das Pro-jekt BrainDriver der BerlinerAutoNOMOS GmbH. Hierbeilenkt ein mit EEG-Sensorenausgestatteter Fahrer das Auto,indem er an Befehle wie „brem-sen“ oder „nach links fahren“denkt. Diese Befehle erzeugentypische Gehirnwellenmuster,deren Interpretation ein Com-puter zuvor gelernt hat. „BisRoboter-Autos das Straßenbildprägen, wird es allerdings nocheine Zeit dauern. Robotik-Ex-perten gehen aber davon aus,dass spätestens 2030 der Verkehrkomplett auf autonome Fahrzeu-ge umgestellt sein wird“, blicktAutoNOMOS-GeschäftsführerPatrick Vogel in die Zukunft.

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Engagementfür Nachhaltigkeit

Die additive Fertigung steht vor dem Durch-bruch zur Serienfertigung. KOR will mitdem URBEE2 ein Fahrzeug fast vollständigin 3 D-Druck produzieren

Autos aus dem Drucker

Vision für dasvernetzte Leben

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eine Schlüsselrolle zu, um Fahr-zeuge, Haushalte, Unternehmenund andere Einrichtungen anentsprechende Hochleistungs-netzwerke anzubinden.Ein Beispiel liefern „Smart Grids“– intelligente Stromnetzte, dieStromnutzung, -erzeugung und-verbrauch bedarfs- und ver-brauchsorientiert effizient mit-einander verknüpfen. Lösungenfür den Straßenverkehr liefertdie Vernetzung von Fahrzeugenuntereinander und mit der Ver-kehrsinfrastruktur. Die Verwen-dung von Echtzeit-Verkehrs-daten hilft zum Beispiel, um vorUnfällen zu warnen, Staus zu ver-hindern, Emissionen zu reduzie-ren oder eine freie Stromlade-säule zu finden.Alles in allem verspricht dasvernetzte Leben in der ZukunftErleichterung und Flexibilisie-rung in der Alltagsgestaltungund somit eine Steigerung derLebensqualität.

Einer Studie des Beratungs-hauses Oliver Wyman zufolgebasiert ein Großteil heutigerAutoinnovationen nach wie vorauf den Ideen und Träumen vonIngenieuren. Oft seien Innova-tionen deshalb erfolglos, weilHersteller und Zulieferer zuwenig über künftige Marktent-wicklungen und die Wünscheihrer Kunden wissen undzudem das Marketing ihrerInnovationen vernachlässigen.So würde auch heute nur einevon sechs angebotenen Inno-vationen auch verkauft. Etwa40 Prozent aller Investitionenfließen in Innovationen, die esnie ins Serienauto schaffen oderwegen ungenügender Akzep-tanz bei Autokäufern nie in aus-

reichender Stückzahl produziertwerden können. Von den ver-bleibenden 60 Prozent werden20 Prozent für die notwendigeSerienentwicklung ausgegeben.Weitere 20 Prozent fließen inInnovationen, die lediglich ge-setzliche Vorgaben erfüllen, dieaber nicht das Produkt differen-zieren. Es sind also nur 20 Pro-zent der Investitionen in Inno-vationen tatsächlich profitabel. „Keine andere Branche bedingtderart vernetztes Denken zwi-schen den Megathemen ‚Mobi-lität – Energie – Stadt derZukunft’ wie die Automobilin-dustrie“, beschreibt BayernInnovativ-Geschäftsführer Prof.Werner Klaffke, die Anforde-rungen an Entwicklungen fürdie künftige Mobilität. Ziel der Bayern Innovativ ist,insbesondere kleine und mittel-ständische Unternehmen (KMU)dabei zu unterstützen, ihreInnovationsdynamik zu erhö-hen. Dazu bildet Bayern Inno-vativ zielgerichtet immer neueSchnittmengen zwischen po-tenziellen Kooperationspartnernaus unterschiedlichsten Bran-chen und Technologien undverknüpft Akteure aus Wirt-schaft und Wissenschaft aufallen Stufen der Wertschöp-fungskette. Bayern Innovativ un-terstützt seine Kunden mit

maßgeschneiderten Dienstleis-tungen dabei, vorhandene Lük-ken in Technologien, SupplyChains und Absatzkanälen zuschließen. Die Netzwerke derBayern Innovativ GmbH um-fassen aktuell rund 80.000 Ak-teure aus 40.000 Unternehmenund Forschungsinstituten und80 partnerschaftlich verbundeneNetzwerk-Organisationen.Im Fokus der Aktivitäten stehendie fünf zukunftsorientiertenKompetenzfelder Digitalisierung,Energie, Gesundheit, Materialund Mobilität. Plattformen wiedas Symposium „Das Automobilder Zukunft“ am 7.-8. Juli 2014in der BMW Welt ermöglichen,mit Entscheidern aus diesenBereichen Innovationen voran-zutreiben.

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Autorin:

Bayern Innovativ Gesellschaft fürInnovation und WissenstransferGmbH

Gewerbemuseumsplatz 290403 NürnbergTelefon: +49 911 20671- 216Fax: +49 911 20671- 5216E-Mail: reinz-zettler@bayern-innovativ.dewww.bayern-innovativ.de

JenniferReinz-Zettler

ProjektmanagerinAutomotiveBayern InnovativGmbH

Das Symposium „Das Automobil der Zukunft“ am 7.-8. Juli 2014 in der BMW Welt bringt Ent-scheider aus allen Bereichen der Automobilindustrie zusammen

Lösungen für die Zukunft

„Der Audi TT steht als Sinnbild füreine authentische Designikone undeine Fahrmaschine mit Top-Perfor-mance“, erklärt Prof. Dr. UlrichHackenberg, Vorstand für Techni-sche Entwicklung der AUDI AG.„Mit der neuen Generation machenwir die Technik für den Fahrer nochbesser erlebbar – so wie er es von ei-nem echten Sportwagen erwartet.“

Zu den großen Kompetenzen vonAudi gehört der Leichtbau. Schonder Audi TT der zweiten Genera-tion nutzte eine Audi Space Frame-Karosserie (ASF) aus Aluminiumund Stahl. Beim neuen TT hat Audidieses Material-Mischbau-Prinzip kon-sequent weiterentwickelt – nachdem Motto: das richtige Material ander richtigen Stelle in der richtigenMenge für die optimale Funktion.Die Bodengruppe des Coupés istachslastoptimiert aus modernen, hoch-festen und höchstfesten Stahllegie-rungen gefertigt. In strukturell hoch-beanspruchten Bereichen der Passa-gierzelle sind formgehärtete Stahl-platinen im Einsatz, die ultrahoch-fest und zugleich leicht sind – siemachen 17 Prozent des Karosserie-gewichts aus. Als Seitenschwellerund Dachrahmen dienen Strang-pressprofile aus Aluminium, die

durch Aluminiumgussknoten in dieStruktur integriert sind. Durch die-ses Konstruktionsprinzip entstehteine sehr steife und sichere Roh-karosserie. Die Seitenteile und dasDach aus Aluminium vervollständi-gen den Aufbau. Ebenso sind dieFrontklappe, die Türen und dieHeckklappe aus dem leichten Metallgefertigt. Insgesamt ist es den Audi-Ingenieuren beim TT zum zweitenMal in Folge gelungen, das Leer-gewicht des Autos signifikant zusenken. Waren es beim erstenModellwechsel 2006 bis zu 90 Kilo-gramm Gewichtsersparnis, so wiegtder neue TT mit 2.0 TFSI Motor

gerade einmal 1.230 Kilogramm. Dassind rund 50 Kilogramm weniger alsbeim Vorgänger. Das niedrige Ge-samtgewicht ist ein Beweis für dieLeichtbaukompetenz von Audi. Eswirkt sich vor allem auch positiv aufdie Beschleunigung, das Handlingund den Verbrauch aus.

Klar gegliederte Volumen mitgespannten Oberflächen und eineleichte, nahezu schwebende Linien-führung – das Interieur verleiht dempuristischen Sportwagen-Charakterdes neuen Audi TT Gestalt. Hori-zontale Linien und Flächen betonen

Emotion, Dynamikund Hightech –

Der neue Audi TT

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• Kompakter Sportwagen überzeugt durch Design und Fahrdynamik • Entwicklungsvorstand Prof. Dr. Ulrich Hackenberg:

„Technik für den Fahrer noch besser erlebbar“

Die dritte Generation des kompakten Sportwagens fasziniert erneut mit emotionalem Design

und dynamischen Qualitäten. Innovative Technologien beim Antrieb sowie im Bedien- und

Anzeigekonzept – darunter das Audi virtual cockpit – zeichnen das neue Coupé aus.

Audi TT Coupé

Die Karosserie

Der Innenraum

auskommt, ohne Abstriche bei derSicherheit und so die optischeLeichtigkeit unterstreicht. Zahlrei-che Details demonstrieren denhohen Anspruch, den Audi an dasDesign und die Verarbeitungsqua-lität im Innenraum stellt. Zu ihnenzählen der neu gestaltete, durchbro-chene Schaltknauf, der hochpräziserastende MMI-Dreh-/Drück-Stellersowie die fein ausgearbeiteten Laut-sprecher-Blenden mit Lichtleiternim optionalen Sound System vonBang & Olufsen. Als 2+2-Sitzer istder neue Audi TT ein Sportwagenmit hohem Alltagsnutzen. Der Ge-päckraum hat mit 305 Litern im Ver-gleich zum Vorgängermodell 13 Litermehr Volumen und lässt sich durchUmklappen der hinteren Sitzlehnenvergrößern.

Das Bedienkonzept des neuen TTpräsentiert sich von Grund auf neuentwickelt – dem konsequentenSportwagen-Charakter entsprechendfokussieren sich alle Elemente aufden Fahrer. Beim Multifunktions-lenkrad stehen zwei Varianten zurWahl. In der Top-Ausführungkann der Fahrer mit dem Lenkradfast alle Funktionen steuern, ohneden Blick von der Straße abzu-wenden.Als zweite Bedieneinheit fungiertdas ebenfalls neu konzipierte MMI-Terminal auf der Konsole des Mit-teltunnels. Zwei Kipptasten er-schließen die Menüs Navigation/

horizontale Schalterleiste positio-niert. Die dreidimensional ausgestal-teten Kipptasten ermöglichen dieBedienung des Warnblinklichts, vonAudi drive select und den Assistenz-Funktionen.Die serienmäßigen Sportsitze imneuen Audi TT haben integrierteKopfstützen und sind tiefer montiertals im Vorgängermodell. Im Ver-gleich zu den Sitzen des Vorgänger-modells sind mehr als fünf Kilo-gramm leichter. Auf Wunsch – undSerie beim TTS – gibt es die neuentwickelten SSportsitze mit starkkonturierten und pneumatisch ein-stellbaren Wangen. Sie bieten demKörper hervorragenden Komfort beiexzellentem Halt. Das neue Multi-funktionslenkrad hat einen abge-flachten Kranz, Spangen in Alumi-niumoptik umfassen seine Speichen.Hinzu kommt ein Fahrerairbag, dermit 40 Prozent weniger Bauraum

15Audi TT

– analog zum Exterieur – die Breitedes Innenraums. Die Mitteltunnel-konsole, die bei schneller Kurven-fahrt die Unterschenkel abstützt,und die Türverkleidungen sind infließenden, einander ähnlichen For-men gehalten. Auch hier gilt: Weni-ger ist mehr. Klare, puristische Linienunterstreichen sowohl die Leichtig-keit als auch die kompromissloseSportlichkeit des Audi TT-Inte-rieurs. Zwei weitere gestalterischwie technisch innovative Kunstgriffeermöglichten den Designern, dieInstrumententafel in einer beste-chend schlanken Architektur zu rea-lisieren: die Zusammenfassung vonKombiinstrument und MMI-Screenzur zentralen, digitalen Einheit –dem sogenannten Audi virtual cock-pit. Darüber hinaus befindet sich dieKlimaanlagenbedienung direkt inden Luftausströmern. Von obengesehen, ähnelt die Instrumenten-tafel einer Flugzeugtragfläche einesFlugzeugs; die runden Luftdüsen –ein klassisches TT-Feature – erin-nern mit ihrem Turbinen-Design anTriebwerke. Die Ausströmer bein-halten sämtliche Bedienfunktionender serienmäßigen Klimaanlage be-ziehungsweise der optionalen Kli-maautomatik (Serie beim TTS). DieRegler für Sitzheizung, Temperatur,Ausrichtung, Luftverteilung undStärke des Luftstroms liegen inihren Achsenzentren, bei der Kli-maautomatik zeigen kleine Displaysdie gewählte Einstellung an. Unterden mittleren Luftdüsen ist die

Audi TT – Interieur

Audi TT – Querschnitt MMI Bedienteil

Bedienung und Anzeige

Karte, Telefon sowie Radio undMedia. Zu beiden Seiten des zentra-len Dreh-/Drück-Stellers liegenzwei Tasten, ergänzt durch eineHauptmenü- und eine Back-Taste.Mit dem berührungssensitivenTouchpad auf der Oberseite desStellers (ab Connectivity-Paket)kann der Fahrer beispielsweise Navi-gationsziele komfortabel eingeben –das MMI touch erkennt seine per-sönliche Handschrift. Außerdem istes möglich, in Listen zu scrollen undin Karten zu zoomen.Die Menüstruktur des MMI orien-tiert sich an einem Smartphone, dieFreitextsuche eingeschlossen. Allewichtigen Funktionen lassen sichdirekt erreichen. Ein besonderesHighlight ist dabei die MMI Direkt-suche. Bei der Navigation ermöglichtdie Direktsuche ein sofortiges Los-schreiben, ohne ein starres Formularverwenden zu müssen. In den meis-ten Fällen genügen bereits vierBuchstaben um relevante Treffereuropaweit angezeigt zu bekommen.Über die beiden seitlichen Tasteneröffnen sich kontextabhängigeFunktionen (rechte Taste) und Op-tionen (linke Taste). Die Bedienlogikist leicht verständlich – sie vermittelteinen völlig neuartigen „joy of use“.Neben der Steuerung über dasBedienteil bietet der Audi TT nocheine weitere Möglichkeit: dasSprach-Dialog-System. Auch hiergeht Audi neue Wege. Im Audi TTkommt erstmals eine natürlichsprachliche Steuerung zum Einsatz,

die es ermöglicht, mit einfachenBefehlen – etwa wie „Fahre michnach München“ oder „Ich möchtemit Sabine sprechen“ – die Fahr-zeugsysteme zu bedienen, ohne dieHände vom Lenkrad nehmen zumüssen.Anstelle der herkömmlichen Analog-anzeigen hat der neue TT dasAudi virtual cockpit an Bord – dasvolldigitale Kombiinstrument setztmit seinen dynamischen Animatio-nen und den präzisen Grafiken neueMaßstäbe. Der Fahrer kann zwi-schen zwei Anzeigemodi wählen: Inder klassischen Ansicht stehenTacho und Drehzahlmesser imVordergrund, im „Infotainment“-Modus sind die virtuellen Instru-mente kleiner. Auf der freien Fläche,die dadurch entsteht, erhalten an-dere Funktionen – wie die Naviga-tionskarte – sehr viel Raum.Beim Audi TTS steht noch ein drit-ter, sportlicher Modus zur Wahl.Hier dominiert der mittig positio-nierte Drehzahlmesser das Anzeige-feld. Mit einer Auflösung von 1.440x 540 Pixel zeigt der 12,3 Zoll großeTFT-Monitor gestochen scharfe,brillante Bilder. Im Hintergrundarbeitet ein Tegra 30-Grafikpro-zessor aus der Tegra-3-Serie desMarktführers Nvidia. Am unterenRand des Audi virtual cockpit sinddie Anzeigen für Außentemperatur,Uhrzeit und Kilometerstände per-manent zu sehen. An dieser Positionerscheinen auch eventuelle Warn-und Hinweissymbole.

(alle Verbrauchs- und Fahrleistungs-werte sind vorläufig)Audi bietet den neuen TT und TTSmit drei Vierzylindermotoren mitTurboaufladung und Direkteinsprit-zung an, die Leistungsspanne reichtvon 135 kW (184 PS) bis 228 kW(310 PS). Die beiden TFSI-Benzinerund der TDI vereinen sportlicheKraft mit wegweisender Effizienz.Das Start-Stop-System ist Serie.Zum Start des TT steht der 2.0 TDImit Handschaltung und Frontantriebbereit. Er leistet 135 kW (184PS) undhat ein Drehmoment von 380 Nm.Damit beschleunigt der neue Sport-wagen in 7,2 Sekunden von 0 auf100 km/h und erreicht eine Höchst-geschwindigkeit von 235 km/h. DerNormverbrauch stellt mit nur 4,2 Literpro 100 km – das entspricht einemCO2-Ausstoß von 110 g/km – einenneuen Bestwert in der Sportwagen-Welt dar. Zu den Merkmalen des 2.0TDI gehören die beiden Aus-gleichswellen im Kurbelgehäuse, dieverstellbaren Nockenwellen und dasCommon-Rail-Einspritzsystem miteinem Spitzendruck von 2.000 bar.Der Audi TT 2.0 TDI erfüllt dieEuro 6-Norm und trägt dank seinerhohen Effizienz das „ultra“-Label.Der 2.0 TFSI ist in zwei Variantenverfügbar – mit 169 kW (230 PS) imTT und mit 228 kW (310 PS) imTTS. In beiden Ausführungen ver-eint er modernste Technologien –die zusätzliche indirekte Einsprit-zung als Ergänzung der Direktein-spritzung FSI, das Audi valveliftsystem (AVS) zur Verstellung desVentilhubs auf der Auslassseite so-wie ein Thermomanagement, dasein Drehschieber-Modul und einenin den Zylinderkopf integriertenAbgaskrümmer nutzt. Im Audi TTentwickelt der 2.0 TFSI von 1.600bis 4.300 1/min 370 Nm Drehmo-ment. Er beschleunigt das Coupémit Sechsgang-Handschaltung undFrontantrieb in 6,0 Sekunden von 0auf 100 km/h und weiter auf elektro-nisch begrenzte 250 km/h Spitze.Bei der Version mit der SechsgangS tronic und dem Allradantrieb

Der Antrieb

16 Audi TT

Audi TT – Interieur: Audi virtual cockpit

quattro lauten die Eckdaten fürden Spurt auf 100 km/h in 5,3Sekunden, 250 km/h Höchstge-schwindigkeit und 6,8 Liter pro100 Kilometer (159 Gramm CO2

pro km). Das Doppelkupplungs-getriebe wechselt seine sechsGänge ohne spürbare Zug-kraftunterbrechung, im manu-ellen Modus lässt es sich mitWippen am Lenkrad steuern. ImModus „efficiency“ von Audidrive select legt die S tronic denFreilauf ein, sobald der Fahrervom Gas geht. Der Audi TTS stößt in denHochleistungsbereich vor. Erhakt den Standardsprint in 4,7Sekunden ab; die Höchstge-schwindigkeit wird bei 250 km/helektronisch begrenzt. Sein 2.0TFSI produziert 380 Nm Dreh-moment, die von 1.800 bis 5.700Touren bereitstehen: SchaltbareKlappen in der Abgasanlage mo-dulieren den sportlichen Soundund machen diesen noch voller.Ein manuelles Getriebe ist Serie.Mit der S tronic-Option gibt esdie Launch Control, die diemaximale Beschleunigung ausdem Stand regelt.

Im neuen Audi TT vermittelt derpermanente Allradantrieb quattroein großes Plus an Stabilität, Trak-tion und Fahrspaß. Speziell fürden neuen TT wurde dieserkonsequent weiterentwickelt undoptimiert. Seine elektrohydrau-lisch geregelte Lamellenkupplungist an der Hinterachse montiert.Die spezielle Pumpenkonstruk-tion ermöglicht eine Gewichtsre-duktion von rund 1,5 Kilogrammgegenüber dem Vorgängermodell.Die Verteilung der Antriebsmo-mente zwischen den Achsen er-folgt elektronisch geregelt inner-halb von Sekundenbruchteilen.Die Intelligenz des quattro-Antriebs – also die Software, wel-che die mögliche Momentenver-teilung zwischen Vorder- undHinterachse exakt ermittelt –

wurde eigens für den TT kom-plett neu entwickelt. Die innova-tive Regelphilosophie bestimmtkontinuierlich die Umgebungsbe-dingungen, den Fahrzustand so-wie den Fahrerwunsch. So wird injeder Situation die jeweils idealeAufteilung der Momente berech-net und die fahrdynamische Aus-legung des TT unterstützt. Durch die Vernetzung desquattro-Antriebs mit Audi driveselect hat der Fahrer des neuenAudi TT die Möglichkeit, die All-radeigenschaften individuell ein-zustellen. So erhält er im Modus„auto“ bestmögliche Traktion undausgewogene Fahrdynamik. ImModus „dynamic“ erfolgt dieMomentenverteilung zur Hinter-achse früher und in einem höhe-ren Maße, so dass insbesondereauf niedrigen Reibwerten eineweitere Steigerung der Fahrdyna-mik erreicht wird. Neben derOptimierung der Fahrdynamikstand das Thema Effizienz bei derWeiterentwicklung des quattro-Antriebs im Fokus. Im drive sel-ect-Modus „efficiency“ wird dieMomentenverteilung zugunsteneines optimalen Wirkungsgradesangepasst. Durch die exakteBestimmung von Fahrzustand undFahrertyp ist eine effizienzopti-mierte Allradregelung möglich –dies kann sogar bis zu einer tem-porären Abschaltung des quattro-

Antriebs führen. Die intelligenteSoftware überwacht in diesemBetriebszustand sensibel die Fahr-situation und aktiviert den Allrad-antrieb, bevor wieder ein Momentan allen vier Rädern benötigtwird. Damit lässt sich der quattro-Antrieb mit bestmöglicher Effizi-enz bei quattro-typischer Trakti-on und Fahrdynamik darstellen.

Die technologische Kompetenz,die hinter dem neuen Audi TTsteht, spiegelt sich auch im Fahr-werk wider. Die vordere Aufhän-gung folgt der McPherson-Bau-weise; Aluminium-Komponentenreduzieren das Gewicht der unge-federten Fahrwerksmassen. DieVierlenker-Hinterachse kann dieLängs- und Querkräfte voneinan-der getrennt verarbeiten. Ein be-sonderes Highlight ist die neuedritte Generation der adaptivenDämpferregelung Audi magneticride. Gegenüber dem Vorgängerwurde sie hinsichtlich Kennlinien-spreizung, Regeldynamik und -gütesowie Bedienbarkeit weiter ver-bessert. Über Audi drive select istAudi magnetic ride in drei Stufen(comfort – auto – dynamic) ver-stellbar und bindet den kompak-ten Sportwagen auf Tastendruckentweder noch enger an die Fahr-bahn an oder lässt ihn sanft überdie Fahrbahn gleiten – unab-

Der quattro-Antrieb

Das Fahrwerk

17Audi TT

Audi TT Coupé – Karosseriematerialien

hängig davon, welchen Modus derFahrer wählt: Die magnetic ride-Technik sorgt für eine extremschnelle radselektive Regelungder Dämpferkräfte, so dass injeder Fahrsituation ein optimalerKontakt zwischen Rad und Fahr-bahn gewährleistet wird. Diehohe Fahrdynamik des neuenAudi TT wird hierdurch weiteroptimiert, die Aufbaukontrollestellt gleichzeitig ein gutes Kom-fortverhalten sicher. Das Systemstellt ein Alleinstellungsmerkmalin diesem Marktsegment dar. Audimagnetic ride gehört beim AudiTTS zur Serienausstattung, füralle anderen TT-Varianten ist esoptional erhältlich. Ein weiteresHighlight ist die serienmäßigeProgressivlenkung – ihre Zahn-stange ist so ausgelegt, dass dieÜbersetzung mit dem Lenkein-schlag direkter wird. Dadurch lässtsich der neue TT im Stadtverkehrund auf kurvigen Landstraßen mitwenig Lenkwinkel agil und prä-zise bewegen. Die elektromecha-nisch angetriebene und dadurchhocheffiziente Progressivlenkungpasst ihre Unterstützung derGeschwindigkeit an und ermög-licht die optionalen Assistenzsys-teme – Audi active lane assist undden Parkassistenten.Mit seiner aufwendigen Fahr-werkskonstruktion und der straf-fen Abstimmung meistert derneue Audi TT alle Handling-

Aufgaben mit Bravour. BeimTTS, beim S line Sportpaketsowie bei der adaptiven Dämpfer-regelung Audi magnetic ride istdie Karosserie zehn Millimetertiefer gelegt. Beim neuen AudiTT gibt es das Fahrdynamiksys-tem Audi drive select optional,beim TTS ist es serienmäßigdabei. Es kontrolliert die Motor-charakteristik und die Lenkunter-stützung. Der Fahrer kann zwi-schen den Modi comfort, auto,dynamic, efficiency oder indivi-dual wechseln. Darüber hinausbeeinflusst Audi drive select mehrereoptionale Bausteine – die S tronic,den quattro-Antrieb, das SystemAudi magnetic ride, das den kom-pakten Sportwagen auf Tasten-druck noch enger an die Fahrbahnanbindet, sowie den Motorsound.Im Modus efficiency wirkt sichAudi drive select auch entspre-chend auf Klimaanlage und Start-Stop-System aus. Im Räderpro-gramm finden sich elf Varianten.Der TT 2.0 TFSI und der 2.0 TDIfahren serienmäßig auf 17 Zoll-Schmiederädern im Fünf-Spei-chen-Design vom Band, die je-weils nur 8,7 kg wiegen, die Rei-fen haben die Dimension 225/50.Auf Wunsch liefert Audi weitereRäder-Designs mit 17, 18 und 19 ZollDurchmesser und Reifen bis245/35 R19. Die quattro GmbHbietet zusätzlich Räder mit bis zu20 Zoll Durchmesser an.

Die vorderen Scheiben sind innen-belüftet und weisen je nachMotorisierung einen Durchmes-ser von bis zu 338 Millimeter auf.Die neue elektromechanischeParkbremse, die der Fahrer übereinen Taster bedient, ist in dieHinterbremsanlage integriert. DerTTS verzögert an der Vorderachsemit neu entwickelten Aluminium-Festsattelbremsen, die fünf Kilo-gramm Gewicht im Vergleichzum Vorgänger sparen – ein wei-teres Beispiel für die Leichtbau-kompetenz von Audi. Die elekt-ronische StabilisierungskontrolleESC, die sich teilweise oder voll-ständig abschalten lässt, rundet diesportlichen Handling-Eigenschaf-ten perfekt ab. Beim Durchfahrenvon Kurven wirkt eine radselek-tive Momentensteuerung. NachBedarf findet eine Verteilung desAntriebsmoments vom kurvenin-neren auf das kurvenäußere Vor-derrad (Frontantrieb) bzw. beimquattro auch auf das Hinterradstatt. Dank der Differenz der Vor-triebskräfte dreht sich das Autoganz leicht – hilfreich für den Fah-rer – in die Kurve ein. Dadurchkönnen Kurven präzise und neutraldurchfahren werden. Der TT er-zielt dadurch ein großes Plus anDynamik und Stabilität. Im Sport-modus wird besonders sportlichesFahren unterstützt, das Einlenkenund die Kontrolle im Drift erleich-tert. Das Zusammenpiel und dieAbstimmung aller Komponentensteigern das agile Handling unddamit den Fahrspaß im Audi TT,so wie man es von einem Sport-wagen erwartet.

Audi TT Coupé 2.0 TDI

Ansprechpartner:

Herr Christoph LungwitzAUDI AGI/GP-P3

D-85045 IngolstadtTel.: +49-841-89-33827Mobil: +49-151-54331109Fax: +49-841-89-32817E-mail: christoph.lungwitz@audi.dewww.audi.com

18 Audi TT

Verkürzte und komplexere Modell-

lebenszyklen erfordern ein ent-

sprechend ausgerichtetes Anlauf-

management.

Die zunehmende Häufigkeit undsteigende Komplexität von Serien-anläufen kennzeichnet die derzeitigeSituation der weltweiten Automo-bilindustrie. Der Wettbewerb umMarktanteile und attraktive Nischen-märkte zwingt Automobilherstellerund Zulieferer gleichermaßen, Mo-delllebenszyklen zu verkürzen undstärker als je zuvor die Modellpalettemit neuen Fahrzeugvarianten zuerweitern. Serienanläufe sind dahernicht nur häufiger, sondern auch inkürzeren Zeitabständen zu bewäl-tigen.Aus diesem Grund stellt das syste-matische Management von Serienan-läufen eine kritische Erfolgsdetermi-nante für die Automobilindustrie dar.Das Anlaufmanagement ist primärauf die Erreichung der gesetztenQualitäts-, Termin- und Kostenzielegerichtet und unterstützt Unterneh-men dabei, den Serienanlauf sowohltechnisch als auch ökonomisch erfolg-reich zu gestalten.Hier wird Know-How erforderlich,das MEGIST zur Verfügung stellt.

Durch den Strukturwandel, - vorallem durch die steigende Frequenzvon Markteinführungen-, ist einadäquates Management des Serien-anlaufs vor dem Hintergrund vonKosten, Qualität und Produktions-komplexität essentiell. Um der stei-genden Komplexität zu begegnenund wesentliche Verbesserungs-und Einsparpotenziale zu er-

schließen bedarf es Professionalisie-rung und methodische Fundierungdes Anlaufmanagements. In dieserPhase ist ausgesprochen qualifizier-tes Personal erforderlich, in derdafür notwendigen Anzahl aber sel-ten frühzeitig verfügbar. Zur Bewäl-tigung dieser Hürde bietet es sichan, weitere personelle Ressourcen indie Serienanlaufaktivitäten zu invol-vieren. Um sowohl der steigendenKomplexität zu begegnen als auchwesentliche Verbesserungs- und Ein-sparpotenziale zu erschließen stehtIhnen MEGIST zur Seite

Ganzheitliches und kontinuier-liches Anlaufmanagement in derkritischen Phase des AnlaufsBündelung der Aktivitäten zurrichtigen Planung, Steuerung,Durchführung und Kontrolledes SerienanlaufsEinbeziehung der vor- undnachgelagerten ProzesseVernetztes Ineinandergreifenvon Automobilherstellernund LieferantenProjektdatendokumentation undKostentransparenz

Die Zielsetzung des Serienanlaufsist, eine möglichst frühe steile,gleichzeitig jedoch zuverlässigeAnlaufkurve durch kosteneffizien-

te Minimierung bzw. Vermeidungvon produkt- und supply-chain-sei-tigen Fehlerquellen und Störungenzu gewährleisten. Über Erfolg oder Misserfolgeines Unternehmens entscheidetjedoch nicht nur die Qualität sei-ner unterschiedlichen Einzelleis-tungen. Ebenso spielt die Bereit-schaft und Fähigkeit, flexibel, inno-vativ und schnell auf Veränderungenund Wünsche von Kunden undMärkten zu reagieren, eine großeRolle. Insgesamt sind es komplexeAnforderungen, die nur mit einemwirkungsvollen Qualitätsmanage-mentsystem zu erfüllen sind. Hierwird von MEGIST erfahreneFachkompetenz zur Verfügung ge-stellt:

Durchführung von FMEAsErarbeiten von Produktions-lenkungsplänen, Erarbeitenvon PrüfplänenVerifizierung und Validierungvon EntwicklungsergebnissenErarbeiten von klaren Zielvor-stellungen und Festlegung vonKriterien zur Gewährleistungder Funktion und Qualität desProdukts

MEGIST:Serienanläufe

erfolgreich umsetzen

ENGINEER.ing

19

MEGIST GmbHLeopoldstraße 44, 80807 MünchenT: +49 89 - 208039 - 294F: +49 89 - 208039 - 295selina.v.waldenburg@megist-company.comwww.megist-company.com

Selinavon Waldenburg

Key Account Manager

Ihr Ansprechpartner:

Serienanlauf – wichtigeStellschraube für den Erfolg

eines Produktes

Qualität –ein Grundbaustein

der Automobilindustrie

Die Auto-Kabel Gruppe beschäftigtweltweit rund 2.300 Mitarbeiter. Wirentwickeln und fertigen Lösungenfür das Energiemanagement und dieEnergieverteilung im Automobil,sowie im Bereich der Sicherungs-technik für Bordnetze und mechatro-nischer Funktionskomponenten.Als verlässlicher Partner und Spezia-list für ganzheitliche Systemlösun-gen im Automobil steht unsereerfolgreiche Geschichte. Die kon-stante Entwicklung der Gruppe auchüber europäische Grenzen hinaus,zeugt von der hohen Innovations-kraft unserer Mitarbeiter. Der Mutden Status quo immer wieder inFrage zu stellen und nach neuenLösungsansätzen zu forschen ist derMotor für Innovation und Fort-schritt. Mit dieser Philosophie schaf-fen wir als Auto-Kabel Gruppeheute in acht Ländern dieser WeltInnovationen und individuelle Lö-sungen für unsere Kunden.

Effizienz ist das Stichwort derZeit. Hier gilt es neue Möglich-keiten zu erschaffen um weitereSteigerungs- und Optimierungs-möglichkeiten zu realisieren. An-spruchsvolle CO2 Flottenzielestellen die OEMs und in direkterFolge deren Zulieferindustrie vor

neue Herausforderung, die es zubewältigen gilt.Die voranschreitende Elektrifizie-rung zukünftiger Fahrzeuge gehtHand in Hand mit der steigendenErwartungshaltung an Komfort undVerlässlichkeit. Vor diesem Hinter-grund ist im Besonderen das Bord-netz von modernen Fahrzeugen, umdem Qualitätsanspruch der Gesell-schaft gerecht zu werden und demtechnischen Anspruch durch immermehr elektrische Verbraucher sowiehöheren Energiebedarf standhaltenzu können, weiter zu optimieren.Flexibilität und aktives Energiema-nagement sind mittlerweile Not-wendigkeiten die mit fortschreiten-der Entwicklung im Bereich Bord-netz über die letzten Jahre stark anGewicht gewonnen haben undimmer weiter gewinnen werden.Bewährte technische Standards wiedas pyrotechnische TrennelementSBK (Gen. 3.0) sind der techni-

InnovativesEnergiemanagementfür das Bordnetz

der Zukunft

20

Energiemanagement

Standorte

SBK3.0 (l.), SBK2.0 (r.)

platzieren gilt, erhöht. In direkterFolge steigen die Anforderungen anden Bauraum. Gewicht und hoheKomplexität im Bordnetz sind heutezwei signifikante Faktoren in jederneuen Fahrzeuggeneration. HeutigeSysteme reagieren Ereignisabhän-gig und können demzufolge nichtalle Fehlermodelle abdecken (z.B.Kurzschlusserkennung und an-schließende Trennung).Die Lösung ist eine Vereinheit-lichung und Integration verschie-denster Steuer- und Sicherungs-systeme in einer Einheit. Die elekt-ronische Sicherheitsbatterieklemme(eSBK) ist eine zentrale, halbleiter-basierte und bidirektionale Lösungmit sehr niedrigem Übergangswi-derstand (< 100 µΩ). DerzeitigeLösungen (Pyrotechnische Trenn-elemente, Relais, Schmelzsiche-rungen, …) werden durch einenEinsatz einer eSBK, als Sicherheits-elemente, obsolet da diese Funktiondurch die eSBK erfüllt wird. Gemäßheutiger Entwicklungsstandards,sind die besonderen Anforderungender ISO26262 (ASIL B) berück-sichtigt.Durch den elektronischen Schalter(eSBK) ist ein gesteuertes reversib-les Trennen der Starter-, Genera-

Absicherung des Bordnetz inNotsituationen.Kriechstromkorrosion vor allembei Fahrzeugstandzeiten(statistisch bis zu 90 % desFahrzeuglebens).Notwendigkeit zur dezentralenEnergieverteilung, als Optimie-rungspotenzial hinsichtlichGewicht und Effizienz.Aktives Energiemanagementzur Effizienzsteigerung.Exponentieller Anstieg desEnergiebedarfs im Fahrzeugbei gleichzeitig verschärftenEmissionsgrenzen.

Die Funktionen, Absicherung undSteuerung, sind heute auf unter-schiedlichste Bauteile aufgeteilt, wasin der Konsequenz die Komponen-tenvielfalt, die es im Bauraum zu

21Energiemanagement

schen Entwicklung im Bordnetz,wie beispielsweise der Umstellungauf 48 V DC anzupassen und darü-ber hinaus funktionell in neue Berei-che mit flexibleren Möglichkeitenzu übertragen.Die Notwendigkeit für flexiblereLösungen mit höherer Funktions-dichte, unter der Berücksichtigunggestiegener Anforderungen an z.B.Funktionaler Sicherheit, wird offen-sichtlich. Mit Blick auf die Anforde-rungen im Bordnetz der Zukunft istauch im Bereich der Absicherungdie Elektrifizierung von Funktio-nen nicht Kür- sondern Pflichtpro-gramm.Mit den heutigen sowie zukünfti-gen Fahrzeuggenerationen gehenu.a. die folgenden Herausforde-rungen einher:

eSBK (Visualisierung)

Entwicklung der CO2-Flottendurchschnitte und Roadmap (PKW bis ca. 3,5 t zul. GG, in Anlehnung an ICC11b)

torleitung und diverser Hochstrom-verbraucher im Bedarfsfalle möglich.Der Trennvorgang ist in weniger alseiner Millisekunde abgeschlossen,wobei nach Bedarf auch andereTrennzeiten konfigurierbar sind. Mitder eSBK wird es möglich einfachund schnell nicht dauerhaft benötig-te Leitungen spannungsfrei zu schal-ten und nur bei Bedarf zu aktivieren.Im Falle der Starterleitung wärediese somit nur im Startfall mit Ener-gie versorgt und präventiv währendder Fahrt von der Spannungsquellegetrennt und damit sind Sicherheits-aspekte im Crash-Fall ideal gelöst.Mechanischer Verschleiß (vgl. Relais)sind ebenso kein Thema wie aucheine optimale Lösung in den Punk-ten Bauraum und Gewicht realisiertwerden können.Das Bordnetz (Leitungen, Kontakt-teile und Verbraucher), welches miteiner Spannungsquelle dauerhaftverbunden ist, wird durch Kriech-stromkorrosion und Elektromigra-tion kontinuierlich angegriffen. DieeSBK kann das angeschlosseneBordnetz im Fahrzeugstillstand,welche statistisch 90% der Fahr-zeuglebensdauer einnimmt, trennenund die Korrosionsproblematik in

diesen Zeiten nicht nur vermindernsondern eliminieren.Die Funktion des Fremdstartens amFremdstartstützpunkt oder Batterie,wurde bei der Entwicklung berück-sichtigt und bleibt weiterhin erhalten. Das Auslösesignal entspricht, analogzu Airbags und den pyrotechnischenTrennelementen, AK-LV 16. Sodass die Ausgangssignale der aktuel-len Airbag-Steuergeräte unverän-dert Verwendung findet. Darüberhinaus ist ebenso eine Ansteuerungüber LIN oder CAN möglich. Un-beeinflusst davon bleiben je nachBedarf Bordnetzbereiche für Sicher-heitsrelevante Verbraucher wie bei-spielsweise für Warnblinklicht, Auto-telefon etc. weiterhin versorgt.Die eSBK bietet zusätzlich dieMöglichkeit der Integration weitereFunktionalitäten wie das Abschaltenund das Steuern verschiedensterSysteme (z.B.: Signaltrennung, Ka-pazitäten kontrolliert aufladen, ...)und senkt die Anforderungen anden Einsatz dezentraler Absiche-rungskonzepte (Energy Backboneund Intelligente Sicherungsboxen).Diverse patentierte Technologiensind in die Entwicklung der eSBKmit eingeflossen um ein Optimum

zwischen Funktionalität aber ebenauch Kosteneffizienz zu erzielen.Die eSBK ist Symbol einer neuenZeit, welche Hand in Hand mitThemen wie u.a. dem 48 V DCBordnetz in den kommenden Jahrenim Personenkraftfahrzeug Einzughalten wird. Deshalb freuen wir uns,als Automobilzulieferer mit langerGeschichte im Bereich der innova-tiven Entwicklung, auch weiterhinaktiv am Morgen mitzuwirken.

22 Energiemanagement

Autor:

Auto-Kabel Management GmbH

Erkelenzerstr. 44D-41179 Mönchengladbach-RheindahlenPhone: +49 2161 30870 667Fax: +49 2161 30870 612E-Mail: sohejl.rafati@autokabel.comwww.autokabel.com

Sohejl Rafati

Dipl.-Ing. /Graduate Engineer

Product & ProgramManagement

Exemplarisches Blockschaltbild eSBK

Brose gilt als Erfinder der modularaufgebauten Fahrzeugtür mit Nass-/Trockenraumtrennung. Mit dieserEntwicklung legte der Zulieferer denGrundstein für funktionalen Leicht-bau bei Autotüren: Auf einem Modul-träger werden alle wesentlichen Funk-tionen zu einer vorgeprüften und ein-baufertigen Einheit zusammengefasst.Dazu gehören Fensterheber, Schloss,Kabelbaum, Türverkleidung, Laut-sprecher, Dichtungen, Sonnenrollo,Steuerelektronik und Crashsensorik. Im Hinblick auf den steigendenKostendruck und die Variantenviel-falt bei neuen Fahrzeugmodellenspielt die modulare Bauweise heuteeine noch wichtigere Rolle. In derTür müssen hohe mechanischeAnsprüche mit der wachsendenFunktionalität und der notwendigenGewichtsreduzierung in Einklanggebracht werden. Durch den Einsatzneuer Werkstoffe und Technologienerfüllt Brose diese Anforderungen.Mittlerweile sind hochintegrierte

Kunststoff-Türsysteme Stand derTechnik. Mit Wandstärken von nur1,8 Millimetern bieten sie deutlicheGewichtsvorteile gegenüber Stahl:Bis zu vier Kilogramm können ineinem Fahrzeug eingespart werden.Zusätzlich zum ohnehin leichterenGrundmaterial sind Funktionsele-mente in den Kunststoffträger integ-riert – beispielsweise Fensterheber-schienen, Innengriff, Lautsprecher-korb, oder Befestigungselemente für

Kabel. Dies führt zur Verringerungvon Bauteilen und damit zu weite-ren Gewichts- und Kostenreduzie-rungen.

Mit seiner neuen Generation Tür-systeme geht der Zulieferer nocheinen Schritt weiter: Ein intelligen-ter Materialmix ermöglicht zusätzli-ches Gewicht zu reduzieren, ohne

Die Zukunft wird leichter: Neue Materialien

in Türsystemen

24

Türs

yste

me

Leichtbau und Effizienz bleiben aufgrund der weltweit ambitionierten CO2-Ziele die führendenThemen der Automobilbranche. Für intelligente Leichtbaulösungen, Komfort- undSicherheitsfunktionen in Türen und Heckklappen erhielt der Zulieferer Brose im vergangenenJahr unter anderem den „Automotive Innovations Award 2013“ in der Kategorie „Karosserieund Exterieur“. Den Preis verleiht das Center of Automotive Management jährlich gemein-sam mit der Wirtschaftsprüfungsgesellschaft Pricewaterhouse Coopers AG. Besondere An-erkennung fanden innovative Leichtbautürsysteme – ein Bereich, in dem der Zulieferer seitJahrzehnten immer wieder Benchmarks setzt. Das Augenmerk der Entwickler liegt darauf,durch zukunftsorientierten Materialeinsatz jede Generation noch leichter und funktionalerzu gestalten – und das möglichst kostenneutral. Innerhalb der vergangenen 10 Jahre redu-zierte der Mechatronik-Spezialist das Gewicht seiner Türsysteme um rund 30 Prozent. Und dieZukunft wird noch leichter.

Neue Generation spartweitere 40 Prozent Gewicht

Modular aufgebauteTürsysteme

Mit dem Türsystem aus langglasfaserverstärktem Polypropylen beschritt Brose durch dieKombination aus leichtem Material und erhöhter Funktionsintegration neue Wege in derGroßserie. Heute ist diese Variante Standard

Montageaufwand beim Autoher-steller erheblich. Weiterer Vorteil:Um für Reparaturen in den Nass-Raum der Tür zu gelangen odernach Parkremplern Schäden zubeheben, ist die Außenhaut un-kompliziert zu demontieren undggf. zu erneuern. Brose rechnetdamit, dass Türsysteme aus CFKetwa ab 2020 auch in der Großserierentabel einsetzbar sind.

Polypropylen wird in der Spritzguss-maschine in Form gepresst. Zeit-gleich werden die Funktionselemen-te aus glasfaserverstärktem Polypro-pylen angespritzt. Die daraus resul-tierende Zykluszeit entspricht inetwa der eines rein gespritzten Bau-teils aus langglasfaserverstärktenWerkstoffen.

Hohes Zukunftspotenzial sieht Brosezudem im Einsatz von kohlenstoff-faserverstärktem Kunststoff (CFK).Das Material ist besonders leicht unddennoch hochfest: ein Verbund-werkstoff, der erheblich Gewichteinspart, ohne Abstriche bei Sicher-heit und Komfort. Wie sich derMechatronik-Spezialist die Verwen-dung dieses Materials in der Groß-serie vorstellt, demonstriert er an-hand einer Leichtbautürstruktur.Diese stellt eine optimale Kombina-tion aus Konstruktion, Material undFertigungstechnologie dar. Der ausCFK gefertigte Prototyp spart imVergleich zu Aluminium knapp vierKilogramm Gewicht pro Tür, imVergleich zu Stahl sogar 11 Kilo-gramm. Zusätzlich eröffnet diesesKonzept neue Möglichkeiten imFahrzeugmontageprozess: MaximaleFunktionsintegration verringert dieZahl der Bauteile und damit dieKosten. Lediglich die Außenhautmuss noch eingehängt und ver-schraubt werden. Das reduziert den

auf die benötigte Festigkeit zu ver-zichten. Die Trägerplatte besteht ausglasgewebeverstärktem Polypropy-len (Organoblech), ergänzt mitFunktionselementen aus glasfaser-verstärktem Kunststoff. Die Wand-stärke beträgt dadurch nur 0,5 Milli-meter, der Aggregateträger bringtlediglich 580 Gramm auf die Waage.Das bedeutet eine Ersparnis vonweiteren 40 Prozent Gewicht ge-genüber Leichtbaulösungen aus lang-glasfaserverstärktem Polypropylen.Im Crashtest ist das Material mindes-tens so sicher wie herkömmlicheTürsysteme. Durch die gestalteri-schen Freiheiten bei der punktge-nauen Ausformung der Wandstärke,des Faserverlaufes und des Lagen-aufbaus sind weitere, festigkeitsrele-vante Aufgaben auf das Modul über-tragbar: Wo mehr Festigkeit gefor-dert ist, verstärkt ein gezielterLagenaufbau das Material oder derFaserverlauf wird angepasst, ansons-ten bleibt die Trägerplatte hauch-dünn. Dadurch entfallen Verstär-kungsbleche, die bei marktüblichenSystemen nötig sind, um Belastungdurch Türabsenkung, Windlast oderTorsion im Türinnenteil aufzufan-gen. An crashrelevanten Stellensorgt die Anpassung des Faserver-laufs für hohe Bruchdehnung unddamit für Sicherheit.Der Herstellungsprozess bleibt dabeieinstufig: Eine vorgestanzte, erhitzteMatte aus glasgewebeverstärktem

25Türsysteme

Blick in die Zukunft

Gegenüber klassischen Kunststofftürsystemen spart die Trägerplatte mit glasgewebe-verstärktem Polypropylen rund 350 Gramm Gewicht, im Vergleich zu konventionellenStahltüren sogar knapp 1,2 Kilogramm – bei gleicher Crashsicherheit und hoher Funkti-onsintegration

Maximale Funktionsintegration bei derCFK-Türstruktur von Brose verringert dieZahl der Bauteile und damit die Kosten.Lediglich die Außenhaut muss noch ein-gehängt und verschraubt werden. Dasrediuziert den Montageaufwand beimAutohersteller erheblich

Brose Fahrzeugteile GmbH & Co.Kommanditgesellschaft, Coburg

Ketschendorfer Straße 38-5096450 CoburgTel: 09561/21-1957Fax: 09561/21-1704www.brose.com

Kontaktute.lochner@brose.com

Umsatz 20124,495 Mrd. Euro

Kunden80 Automobilmarken und über30 Zulieferer

Mitarbeiter 201220.500

Michael Thienel

VorentwicklungTürsysteme

Autor

Fahrerassistenzsysteme sind heutenicht mehr nur Oberklassefahr-zeugen vorbehalten, sondernfinden auch zunehmend Ver-breitung in der Mittel- undKompaktklasse. Damit einhergeht ein rasanter Aufwuchs anfunktionaler Vielfalt und Funk-tionskomplexität. Assistenzfunk-tionen übernehmen immer kom-plexere Aufgaben und dringenauch in funktionssicherheits-relevante Anwendungsbereichevor. Beispiele hierfür sind Not-bremsassistent, Überholassistentoder auch Kreuzungsassistent.Ein nochmals dramatischer An-stieg an funktionaler Komple-xität steht bevor mit der Ein-führung von fahrzeugübergrei-fend kommunizierenden Assis-tenzfunktionen (kooperative Assis-tenz) und hochautomatisiertenFahrfunktionen (teil-autonomeund autonome Systeme). Dieseneuen Fahrfunktionen sollen denFahrkomfort steigern und darü-ber hinaus einen signifikantenBeitrag zur unfallfreien Mobilitätleisten. Die Messlatte für diefunktionale Absicherung liegtdamit recht hoch. Basis für alle Automatisierungs-funktionen ist die weitgehendlückenfreie Erfassung des Fahr-zeugumfelds. Die Sensordatenkommen aus sehr verschiedenenQuellen und sind szenarien-abhängig in unterschiedlichemGrade verlässlich. Aus alledem

erwachsen hohe Ansprüche andie widerspruchsfreie und imSinne der Fahraufgabe vollstän-dige Interpretation der Fülle derSensordaten. Der präferierteLösungsansatz dafür ist dieAbstützung auf ein umfassendesUmfeldmodell als einer abstrak-ten Projektionsebene zur szena-rien-basierten Analyse, Eva-luierung und Bewertung der vonder Fahrzeugsensorik erfasstenSignale. Die Vielzahl der zu berücksichti-genden statischen Elemente inVerbindung mit der dynamischenVariabilität und den in aller Regelnicht-deterministischen oder nurin unzureichender Genauigkeitbekannten äußeren Einflüssenerzeugen einen hochdimensiona-len Parameterraum der vollstän-dige Systemtests im klassischenSinne absolut unmöglich macht.Ein weiteres grundlegendes Pro-blem bei der Entwicklung vonkomplexen ADAS Systemen istdie fehlende Systematik undDurchgängigkeit in der Validie-rung. Die erforderlichen Testssind typischerweise nur ungenü-gend definiert. Daneben fehlenauch geeignete Methoden zurÜberprüfung der gestellten An-forderungen im Hinblick auf Voll-ständigkeit und Widerspruchs-freiheit. Das Hauptproblem sinddie vielfach voneinander abhängi-gen Kausalitätsbeziehungen. ImHinblick auf die Verifikation von

kooperativen und hochautomati-sierten Funktionen stoßen dieklassischen Absicherungskonzep-te daher an Grenzen. Im Ergeb-nis bedarf es einer Absicherungs-methodik, die dem nicht-deter-ministischen Charakter des Ge-samtsystems Umwelt + Fahr-zeugsensorik + Autonomiefunk-tion Rechnung trägt. Ausgehend von diesen Überle-gungen und in Abgleich mit denetablierten Verfahren zum Testvon Assistenzsystemen leitensich die grundlegenden Anforde-rungen an einen neuen Test- undVerifikationsprozess ab. Das ESG-Testkonzept für dieAbsicherung von kooperativenADAS- und Autonomiefunktio-nen sieht eine Methodik für dasreproduzierbare szenarien-basierteTesten unter Berücksichtigungder stochastischen Kombinatorikdurch Variation von Sensordatenvor. Basis dafür ist die gemein-same Betrachtung von Standard-szenarien und den dazu passen-den Funktionsklassen. Im Hin-blick auf die erforderliche Objek-tivierung der Absicherung gehtes dabei gleichfalls um eine ge-eignete Testmetrik. Der Schwerpunkt liegt auf derganzheitlichen Betrachtung derBewertungs- und Entscheidungs-komponente der Assistenz-bzw.Autonomiefunktion. Zur Einord-nung im Gesamtkontext deszugrundeliegenden Informations-

Test und Absicherungvon kooperativen und

hochautomatisiertenFahrerassistenzsystemen

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Fahrerassistenzsysteme

meter (z.B. statische und dyna-mische Eigenschaften, Klassifika-tion, Objektanzahl, Auftritts-wahrscheinlichkeit, …) der Bench-mark-Szenarien zielgerichtet va-riiert. Durch diese systematischeAnalyse des Systemverhaltens beiVariation der Benchmark-Szena-rien können die Robustheit sowiedie funktionalen Grenzen desSystems bestimmt und die Schwach-stellen identifiziert werden.Der Wesenskern des Verfahrensliegt im Szenarien-basierten An-satz unter gleichzeitiger Berück-sichtigung von stochastischer Kri-tikalität und Reproduzierbarkeit.

jederzeit reproduzierbar. Überdie Gesamtanzahl der Simulatio-nen und deren Ergebnisse wirdeine „Konfusionsmatrix“ erstellt,die nach Maßgabe der Testmetrikals Kenngröße für die Funktions-oder Systemqualität gedeutetwerden kann. Die relevanten Szenarien (Bench-mark-Szenarien) werden aus un-terschiedlichen Quellen entnommen:

aus einem vordefiniertenfunktionsspezifischenSzenarien-Katalog,

aus „zufällig“ generiertenSzenarien (nach Maßgabeeiner Wahrscheinlichkeitsver-teilung und in Abhängigkeitvon den funktionalenLeistungsmerkmalen),

aus realen Messfahrten(Aufzeichnung der Funktions-eingangssignale und desSystemverhaltens) mit nach-geschalteter synthetischerVariation der spezifischenSensordaten.

Im Verifikationsprozess werdendie Objekt- und Szenarienpara-

flusses von der Verarbeitung derUmweltdaten bis zur Ableitungder Systemreaktion (s. Abbildung). Der zentrale Gesichtspunkt istdie Fokussierung auf definierteReferenzszenarien zur Evalu-ierung des integralen Funktions-und Systemverhaltens nach Maß-gabe der Anforderungsspezifika-tion. Auf Basis der Referenzsze-narien gelingt die methodischeIdentifikation und Reproduzier-barkeit von kritischen Konstella-tionen, in denen die zu testendeFunktion die definierten Anfor-derungen verletzt. Zur Bestim-mung der Sensitivität und derWirksamkeit des Systemverhal-tens werden synthetische Szena-rien zur Verifikation der Funk-tion erzeugt. Der entscheidendeMehrwert: Nach Maßgabe vondefinierten multidimensionalenWahrscheinlichkeitsverteilungenwerden die Szenarien bis an dieSystemgrenzen variiert. Dabeistehen die generierten Testfällestets im Anwendungskontext deszu testenden Features. JedesSimulationsszenario und Tester-gebnis wird mit dem komplettenSatz von Umwelt- und System-daten dokumentiert und ist somit

27Fahrerassistenzsysteme

Autor:

ESG Elektroniksystem-und Logistik-GmbH

Livry-Gargan-Straße 6D-82256 FürstenfeldbruckTel.: +49 (89) 92 16 — 23 32Fax: +49 (89) 92 16 — 16 23 32E-mail: hieronymus.fischer@esg.de

Dr. HieronymusFischer

Leiter Innovations-und Technologie-managementDivision Automotive

Die Bewertungs- und Entscheidungsebene von komplexen ADAS

tet wird. Begleitende und nachfol-gende Tests decken eventuelleFehler sofort auf (Test) undermöglichen somit die schnelleLokalisierung und Behebung imCode. Der Testumfang wächstdabei mit der Software, um sowohldas Absichern neu implementierterFunktionen sicherzustellen als auchRegressionen, d.h. das Wiederauf-treten bereits behobener Fehler,auszuschließen. Ein abschließen-der Prozess dokumentiert dieEingangskonfiguration, den Erstel-lungsprozess und die Testergebnis-se für die erstellte Softwareversionund gibt die Software frei(Publish).

Die rasant zunehmende Vernet-zung im Fahrzeug und zu dessenUmwelt sowie das schnell wach-sende Angebot an Fahrzeugfunk-tionen stellen immer höhereAnforderungen an die Funktions-sicherheit der einzelnen Kom-ponenten und deren Software.Reichte beispielsweise früher einAutoradio, so ist heute eine Viel-zahl von Steuergeräten, Audio-quellen, Bedienelementen undÜbertragungswegen beteiligt, umden Hörgenuss zu ermöglichen.Mit zunehmendem Komfort wächstdie Komplexität der Elektrik/Elektronik-Architektur und damitauch das Risiko von Software-fehlern.Je früher im Entwicklungspro-zess ein Fehler erkannt wird,desto geringer sind die Aufwän-de und damit die Kosten für des-sen Behebung. Dies gilt ebensoin der Softwareentwicklung. Oft-mals hätten Fehler, die erst beiVersuchsfahrten im Fahrzeug auf-treten, bereits in einer sehr vielfrüheren Integrationsphase aufModul- oder Komponentenebeneerkannt und sogar vermieden werdenkönnen.Continuous Integration ist einVorgehen, wie in der Abbildungdargestellt, bei dem nach einemmöglichst kleinen, in sich abge-schlossenen Entwicklungsschritt,nach Freigabe durch den Entwick-ler (Check-in) das Erstellen undZusammenführen (Build) der Soft-waremodule automatisch eingelei-

Hierbei kann man von anderenBranchen lernen, wie z.B. derTelekommunikation, wo man be-reits seit geraumer Zeit vor die-sen Herausforderungen steht.Whiteblue Consulting hat jahre-lange Erfahrung in diesemBereich und berät und unter-stützt namhafte Kunden zu die-sem Thema.In einem konkreten Projekt mitca. einer Million Codezeilen undmehr als 5000 Komponenten-tests, dauert es für einen einzel-nen Mitarbeiter mehrere Stun-den, diesen Testumfang nacheiner Codeänderung auf seinemEntwicklungsrechner auszufüh-

Qualitätssicherung durchContinuous Integration –

Was wir von anderenBranchen lernen können.

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wände für die Softwareabsiche-rung bewiesen und eine deutli-che Qualitätssteigerung erreicht.Auch in den immer komplexerwerdenden Softwareprojekten derAutomobilindustrie mit weit ver-zweigten Lieferantennetzwerkenließe sich dieses Verfahren unse-rer Erfahrung nach wirkungsvolleinsetzen.

integrierten Web-Server aufbe-reitet dargestellt.Die dann anstehende Herausfor-derung ist die Erstellung instal-lierbarer Setups. Dies ist oft einmanueller und sehr individuellerVorgang, den aufgrund der Kom-plexität und meist auch durchmangelhafte Dokumentation nurwenige Mitglieder eines Projektsbeherrschen. Die Automatisie-rung aller Schritte zur Erstellungeines installierbaren Paketes vonSoftware-Komponenten führtzur Reproduzierbarkeit des Pro-zesses und somit zur Vermei-dung von Fehlern.Im bereits erwähnten Projektwerden die Setup-Pakete derverschiedenen Softwarekompo-nenten meist am frühen Abenderstellt. Wenn alle Komponentenerfolgreich gebaut worden sind,werden diese automatisch aufeinem Hardware-Regression-Sys-tem installiert. Es wird dann eineReihe von Referenztests ausge-führt, deren Ergebnisse den Ent-wicklern und dem Integrati-onsteam am nächsten Morgenzur Verfügung stehen. Auf dieseArt gewinnt man einen erstenEindruck von der Qualität desnächtlichen Builds und kann ein-schätzen, ob weitere manuelleIntegrationstests sinnvoll sind.Das von uns eingesetzte undbeschriebene Verfahren Conti-nuous Integration hat in unseremProjekt in der Telekommunika-tion seinen Nutzen durch eineerhebliche Reduzierung der Auf-

29Whiteblue Consulting GmbH

ren. Die Einführung von Conti-nuous Integration strukturiert dieVorgehensweise und schafft dieVoraussetzung Fehler frühzeitigzu erkennen und zu beheben.Das Bereitstellen des neuenSourcecodes durch einen Ent-wickler löst automatisch dieKompilierung der Software aufeinem Build-Server aus. Ist dieseerfolgreich verlaufen, werdenanschließend die stark paralleli-sierten Komponententests aus-geführt. Hierdurch erhält derEntwickler innerhalb von nur 15Minuten Rückmeldung über denÄnderungserfolg. In der Nachtwird die Rechenkapazität desSoftwareerstellungssystems zurAusführung lang laufenderApplikationstests genutzt.Die Absicherung erfolgt miteinem möglichst umfassendenPaket von Komponententests.Die Ergebnisse werden aufberei-tet, zentral dargestellt und an dierelevanten Stellen verteilt. Aufdiese Art und Weise könnenFehler innerhalb von Minutennach einem Check-in gefundenund die notwendigen Maßnah-men durch das Entwicklerteameingeleitet werden. Zur Automa-tisierung der Softwareerstellungwird Jenkins, ein skalierbarer undfrei erweiterbarer Open SourceContinuous Integration Servergenutzt. Jenkins bietet mit mehrals 600 Plug-Ins bereits von Hau-se aus ein aussagekräftiges Re-porting. Die Ergebnisse der Soft-wareerstellung werden über den

Autoren:

Whiteblue Consulting GmbH

Emmy-Noether-Str. 4 80992 München/GermanyTel.: +49 89 622338-0 Fax: +49 89 622338-50 E-mail:softwareengineering@whiteblue.comwww.whiteblue.com

Dirk Kypers

Thorsten Wacker

Intelligente Komponenten zu ent-wickeln beziehungsweise in derAnwendung ihren aktuellen Statuszu erkennen und für die weiterenArbeitsabläufe bereit zu stellen ist einZiel für den zukünftigen Produk-tionsprozess. Mit diesem Wissen istes möglich Arbeitsabläufe effizienterund sicherer zu gestalten, ein weite-rer Effekt ist die Verbesserung derEinzelteilqualität und die Funktions-sicherheit des fertigen Produktes.Die mechanische Fertigung vonAutomobilteilen wie Motoren, Ge-triebe, Achseinheiten, Steuereinhei-ten usw. ist in den Fertigungsanla-gen optimal geplant und wirtschaft-lich gut abgestimmt. Nun geht es imWesentlichen darum die Fehlerquo-ten der Einzelteile so gering wie nurmöglich zu halten und eine maximaleFertigungsqualität sicher zu stellen.Die Maximierung der Maschinen- undAnlagenperformance kann im erstenAnsatz dadurch verbessert werdenwenn die wesentlichen Systeme opti-mal auf die Anforderungen des Pro-zesses ausgelegt sind und der Statusder Funktion jederzeit sichtbar wird.Diesen Herausforderungen stellt sichdie Fa. OTT-Jakob seit Jahren undhat für die Spanntechnik in der

Motorspindel eine sogenannte „in-telligente Spanntechnik“ entwickeltund diese dem Markt zur Verfü-gung gestellt. Weitere Produktegibt es für die Werkstückspann-systeme sowie als eigenständigePrüfgeräte die es ermöglichen dieQualität und Verfügbarkeit derAnlagen sicherzustellen.Ott-Jakob hat über Jahrzehnte Maß-stäbe bei der Entwicklung dermechanischen Komponenten für dieautomatische Werkzeugspanntechnikgesetzt. So ist Ott-Jakob der einzigeHersteller weltweit, der vom Spann-satz, über Einbauspanner und Löse-einheit, bis hin zur Drehdurchführungdas komplette Spektrum der auto-matischen Werkzeugspanntechnikbeherrscht und in eigener Fertigungherstellt. Spezifische Kundenwün-sche werden im Hause Ott-Jakobschnell und zuverlässig entwickelt.Mit dem Know-How aus 40 jährigerErfahrung kann der Kunde mit effi-zienten und flexiblen Lösungenrechnen.Beginnend in Transfereinheiten undSondermaschinen für die Automo-bilindustrie hat sich der HSK seitAnfang der 90er Jahre als Werkzeug-schnittstelle in alle Maschinenberei-

che weltweit verbreitet und in Ver-bindung mit Spannsystemen zurQualitäts- und Produktivitätsstei-gerung beigetragen. Die teilweise als Formenvielfaltgebrandmarkte Variantenzahl hat sichals Vorteil für den Anwender heraus-gestellt, dessen unterschiedliche An-forderungen gezielt berücksichtigtwerden können. Gleichzeitig bestehtKompatibilität der Varianten, so dassdie Spanntechnikhersteller vielfältigeinsetzbare Produkte in den Marktbringen konnten. Ott-Jakob ent-wickelte einheitliche HSK-Spann-sätze, die heute als Standard verfüg-bar sind. Die verbleibenden Unter-schiede in den Anforderungen dereinzelnen HSK-Formen wurden beider Entwicklung berücksichtigt. JederKunde kann individuell beraten undmit anforderungsgerechten Kom-plettsystemen beliefert werden.Um internationalen Marktanforde-rungen der Werkzeugtechnologiegerecht zu werden, produziert Ott-Jakob jetzt auch PSC-Spannsätzeund PSC-Systeme für Capto-Werk-zeuge in Eigenfertigung. Das Kernstück eines Werkzeugspan-ners ist der eigentliche Spannsatz, derkraftverstärkend, beaufschlagt durch

Industrie 4.0Intelligente Spanntechnik,

die Zukunft für dieWerkzeugmaschine

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Werkzeugspannsysteme

Werkzeugspannsystem mit Überwachung der Federkraft, Temperatur und Schwingung

len Status an die Steuerung zu über-tragen. Mit dieser Digitalisierung,dem Umgang mit großen Da-tenmengen und eine systematischeInformationsauswertung unterstüt-zen unsere Produkte Industrie 4.0.Auch wenn von Spannsystemen undZubehörkomponenten eine ewigeLebensdauer erwartet wird, kann diePhysik nicht immer überlistet wer-den. Wie auch andere Systeme sindSpannsysteme nicht komplett ver-schleißfrei, dazu kommen externeEinflüsse durch Schwingungen, ver-schmutzte Werkzeuge, Fehlsteue-rungen und darum ist es wichtig fürden funktionsgerechten Dauerge-brauch gezielte Überwachung derWerkzeugspannsysteme durchzu-führen, um vor dem Maschinenstill-stand eingreifen zu können undeventuell eine rechtzeitige vorbeu-gende, zustandsorientierte Instand-haltung durchführen zu können.Als eigenständige Prüfgeräte, diees ermöglichen die Qualität undVerfügbarkeit der Anlagen sicher-zustellen, ist mit dem Spannkraft-meßgeräte (POWER-CHECKII, POWER CHECK LCWIRELESS) möglich.Es kann in jeder Werkzeugmaschinewie ein Werkzeug automatisch ein-

köpfe) hinzugefügt, die im We-sentlichen mit Federn arbeiten.Hydraulisch betätigte Löseeinhei-ten und Drehdurchführungen ver-vollständigen das aufeinander ab-gestimmte Komplettprogramm.Das Herzstück eines Bearbeitungs-zentrums ist die Spindel. Als Haupt-baugruppe in einer Spindel kommenauf das automatische Spannsystemhohe Anforderungen zu. Die ständig steigenden Anforderun-gen an Spindeln und damit Spann-systeme betreffen sowohl die Dreh-zahl, das Drehmoment und dieBelastbarkeit als auch die Medienzu-fuhr mit Minimalmengenschmierung,den Hochdruckeinsatz oder die kryo-gene Kühlung für die Werkzeuge.Für eine wirtschaftliche Bearbeitungunterschiedlichster Werkstoffe isteine stabile Prozessführung sicher-zustellen, obwohl Spindeln oft schonfast in physikalischen Grenzberei-chen betrieben werden. Hier ist nichtnur die eigentliche Spanntechnik aufhöchstem Stand der Technik gefor-dert. Ott-Jakob hat den Trend derletzten Jahre zum Einsatz von Über-wachungssystemen, so genannten„Condition Monitoring Systemen”aufgenommen und sogar erste Diag-nosesysteme entwickelt.Ott-Jakob hat intelligente Spann-technik rund um den eigentlichenSpanner entwickelt, die als Überwa-chungs- und Messsysteme Informa-tionen über den Zustand des auto-matischen Spanners liefern. TeureAnlagenstillstände können vermie-den werden und eine gezielte vor-beugende Instandhaltung wird mög-lich. Die Verfügbarkeit und Zuver-lässigkeit der Werkzeugmaschinewird deutlich erhöht.Für die Werkzeugspannsystemesind Federkraftüberwachungssyste,Abfrage- und Messsysteme in Löse-einheiten, Werkzeugplananlagen-kontrolle und Leckage-Sensoren inDrehdurchführungen und externeLeckage-Sensoren lieferbar. Damitstehen im gesamten Funktionsbe-reich des Spannsystems Überwa-chungs- und Messsysteme zur Verfü-gung, die es ermöglichen den aktuel-

31Werkzeugspannsysteme

eine Einzugskraft, Kräfte auf dasWerkzeug überträgt und dieses indie Spindel einzieht. Hohe Kräfte,schnelle Betätigung und vor allemhöchste Lebensdauer sind hiergefordert. Ausgehend von einergeeigneten Kinematik sind unterBerücksichtigung hochverschleiß-fester Beschichtungen Spannsätzeentstanden, die mit Standzeitenvon mehreren Millionen Hübenden Stand der Technik bestimmenund durch ihre Langlebigkeit undZuverlässigkeit eine störungsfreieProduktion gewährleisten. Automatische Werkzeugspannersind als Komplettsysteme verfüg-bar, die weit über die eigentlicheSpannaufgabe hinausgehend allenotwendigen Funktionen zumHalten und Wechseln einesWerkzeugs sowie zur Medien-durchführung abdecken.So werden zu den SpannsätzenKraftspanneinrichtungen (Spann-

Power-Check II: Einzugskraftmessgerät fürmanuellen und automatischen Einsatz

Leckage Sensor extern

gewechselt werden. Die qualifizierteElektronik liefert Spannkraftwerte,die den Einsatzzustand der Haupt-spindel charakterisieren. So kann bei-spielsweise der Einsatz komplizierterund teurer Werkzeuge weiter ab-gesichert werden.Für einfachere Zugangsmöglichkei-ten zur Spindel und für eine perma-nente Dokumentation der Spannkraftwurde eine Wireless Version desPower Check II entwickelt. Voneinem Werkzeugmagazinplatz wirdder Power Check Wireless einfachper Programmaufruf eingewechseltund alle Messergebnisse werden aufeinem Handgerät angezeigt undgespeichert. Dieses Handgerät kanndie Dokumentation mehrerer PowerCheck II Basisgeräte verwalten.Direkte Datenübertragung an dieMaschinensteuerung oder in dieFeldbusebene werden unterstützt. Das Verschleißelement Drehdurch-führung kann die Ursache für teureMaschinenausfälle sein, wenn Ver-schleißzustände nicht rechtzeitig er-fasst werden.Sei es durch Druckspitzen, Vibratio-nen oder Fluidverschmutzung, einVersagen der Dichtungen einerDrehdurchführung im Zeitpunkt desFluidtransportes sollte früh erkanntund somit vermieden werden. Mögliche Folgen wären Kurzschlüsseund Lagerschäden in der Spindel, dieFolgekosten in der Größenordnungeiner Spindelneuanschaffung mit sichtragen. Durch die Erfahrungen der letztenJahre im Bereich der Sensorsystemeist es Ott-Jakob gelungen, ein in die-sem Markt einzigartiges Überwa-chungssystem zu entwickeln. So

verwendet Ott-Jakob für seineDrehdurchführungen mit integrier-ter Leckage-Überwachung ein kalo-rimetrisches Messprinzip. Auch der neu entwickelte externeLeckage-Sensor profitiert vondiesem Messprinzip. Der externeLeckage-Sensor kann an jedergängigen Drehdurchführung mitLeckage-Abflusskanal installiertwerden.Folgende Gründe sprechen für dieseAnwendung:

Verfügbar für Medium KSM +Wasser und ÖlSensorik ist verschleißfrei, da derSensor vom Medium getrennt istAnwender ist in der Wahl desInstallationsortes freiKeine Voreinstellung notwendig.Der Sensor wird bereits kalibriertgeliefertZwei Betriebsmodi wählbar:Verschleißerkennung undAusfallerkennungKontinuierliche Überwachung derDurchflussmenge Automatische Unterscheidungzwischen Luft undLeckage-MediumDer Sensor arbeitet verschleißfreiund nicht invasiv. Die Leckage kannweiterhin rückstaufrei abfließen

Einfache Signalauswertung übereinen 24V-SchaltausgangDrehdurchführung mit integrier-tem Leckage-Sensor besitzteinen zusätzlichen 24V- Schalt-ausgang und bietet die Möglich-keit das Überschreiten einesTemperaturschwellwerteseinzuprogrammierenKompakte Bauform für dieMontage in Spindelnähe.Nachrüsten von Maschinen istmöglich

In allen Bereichen der Werkzeug-spannung für Spindeln setzt Ott-Jakob seine Entwicklungen gezieltfort und wird auch in den nächstenJahren immer wieder weiter ent-wickelte und den gestiegenen Anfor-derungen entsprechende neue Pro-dukte auf den Markt bringen. DieVision der Industrie 4.0 bietet hierdas Potenzial diesen Herausforde-rungen zu begegnen.OTT-Jakob wird Sie unterstützen inder Verschmelzung der Automatisie-rungs- mit der IT-Welt. Weltweit schätzen sowohl die End-verbraucher als auch die direktenPartner im Bereich Spindel- undWerkzeugmaschine die Innovations-kraft und Kundenorientierung derAllgäuer Spezialisten.

Autoren:

OTT-JAKOB Spanntechnik GmbH

Industriestr. 3-787663 LengenwangTel.: +49 (0) 8364/98 21-40Fax: +49 (0) 8364/98 21-10e-mail: SYKORA@Ott-Jakob.dewww.ott-jakob.de

Robert Herrmann

Dipl. Wirschaftsing.

Hubert Sykora

Leiter Vertrieb &Marketing

Drehdurchführung Typ 1 K-GD-CMmit Sensortechnologie

Plananlagenkontrolle, Einbau von Elektronik und Sensor

32 Werkzeugspannsysteme

In der Industrie sind im Bereichder zerstörungsfreien Prüfung(ZfP) die Radiographie und Com-putertomographie (CT) etablierteVerfahren, um Bauteile zu unter-suchen. Durch den Einsatz neuerWerkstoffe und den damit stei-genden Prüfanforderungen in derAutomobilindustrie ist die serien-mäßige Kontrolle von Fahrzeug-komponenten mittels Röntgen-technik, z.B. an Leichtmetall-rädern oder Aluminium-Zylinder-köpfen, fester Bestandteil derProduktion. Nahezu jeder Auto-mobilhersteller verfügt über eige-ne CT-Labore als Ergänzung zurklassischen Metallographie. Diedreidimensionale Strukturinfor-mation bietet hier einen hohenMehrwert bei der Entwicklungneuer Materialien und Verbin-dungstechniken, für die stich-probenartige Überwachung vonFertigungsprozessen sowie zurSchadensanalyse. Dementsprechendstehen auf dem Markt eine Reihevon Radiographie- und CT-An-lagen zur Verfügung, die für der-artige Untersuchungen eingesetztwerden können.Kommerziell erhältliche CT-Systeme weisen in bestimmtenCharakteristiken jedoch Limita-tionen auf. Dazu zählen Größe,Gewicht und Materialzusammen-setzung des Prüfobjekts: Maxima-le Probengröße und Gewicht sindaus baulichen Gründen auf weitunter 1 m und weniger als 10 kg

eingeschränkt. Der prüfbare Ob-jektbereich ist durch die zum Ein-satz kommende Strahlungsener-gie, die Detektortechnologiesowie das Messverfahren starkbegrenzt. Für den Einsatzzweckder CT, bei dem das Objekt ausvielen Richtungen abgebildetwerden muss, ist die Durchstrah-lungsfähigkeit der konventionelleingesetzten Röntgenröhren mitBeschleunigungsspannungen von50 bis 450 Kilovolt insbesonderebei stärker absorbierenden Mate-rialien limitierend. Eine weitereEinschränkung der CT-Bildge-bung tritt bei komplexen Objek-ten mit einer Zusammensetzungaus sehr unterschiedlichen Mate-rialien auf. Besonders an Grenz-flächen von sehr leichten, schwachabsorbierenden Materialien wieKunststoffen und hoch absorbie-renden Materialien wie Eisen tre-ten bei den konventionell einge-setzten Röntgenenergien starkesogenannte Strahlaufhärtungsar-tefakte auf, die die Analyse desleichteren Materials erschweren.Unter diesen Gesichtspunktenwerden am Fraunhofer Entwick-lungszentrum für Röntgentechnik(EZRT) Verfahrensweisen undSysteme entwickelt, die eine Un-tersuchung großflächiger Objektebis hin zu gesamten Fahrzeugenermöglichen. Dabei können zweikomplementäre Entwicklungsrich-tungen unterschieden werden:Einerseits die hochauflösende

Messung im Mikrometerbereichan lokalen Bereichen wie beiSchweißnähten, Nietpunkten undKlebeverbindungen innerhalb groß-flächiger Strukturbauteile, ande-rerseits die Erfassung komplexerStrukturen an übergroßen Objek-ten mit Auflösungen im Bereicheines Zehntel Millimeters. Die lokale hochauflösende Unter-suchung erfolgt an der Tomosyn-these-Anlage (siehe Abb. 1) desFraunhofer EZRT. Hierzu wer-den große Objekte, z. B. kom-plette Türen oder andere Karos-seriebestandteile, in die Anlageeingebracht und anders als in derkonventionellen CT nur ausausgewählten, gut zugänglichenDurchstrahlungsrichtungen abge-bildet. Der Vorteil dieses Verfah-rens liegt insbesondere darin, dassdas Objekt nicht bewegt werdenmuss: Die notwendigen winkelbe-hafteten Projektionen könnendurch die Bewegung der System-komponenten erzeugt werden.Darüber hinaus ermöglicht dieEinschränkung beim Scan aufeinen Winkelbereich mit modera-ten Durchstrahlungslängen denEinsatz hochfokussierender Rönt-genröhren mit zumeist niedrigenBeschleunigungsspannungen imBereich unterhalb 225 keV. Erstdiese Eigenschaft ermöglicht es, dieAuflösung, z. B. in Schweißnäh-ten und Nietverbindungen, aufdas notwendige Niveau von weni-gen Mikrometern zu steigern und

Computertomographiefür Gesamtfahrzeuge oder Fahrzeugkomponenten

34

Computertomographie

XXL-CT am Fraunhofer EZRT in Fürth

fähigkeit verfügt und der XXL-CT, die dank des ausgedehntenManipulationssystems die Erfas-sung übergroßer Objekte ermög-licht. Ein primäres Anwendungsfeld derneuen Technologie ist derBereich Automotive. Der wissen-schaftliche Fokus des FraunhoferEZRT liegt in der Untersuchungder Möglichkeiten zum Einsatzder XXL-CT an ganzen Fahrzeu-gen, z.B. zur Analyse von Verfor-mungen an einem Fahrzeug infol-ge eines Crashversuchs oder zurdimensionellen Messtechnik anvollmontierten Prototyp-Fahrzeu-gen zur Analyse der Abweichun-gen vom ursprünglichen CAD-Modell. In der Qualitätssicherungwerden derartige Untersuchun-gen derzeit insbesondere fürinnenliegende Strukturen zer-störend durchgeführt, indem dasFahrzeug zersägt oder manuellzerlegt wird. Repräsentative Teileim Inneren können dann vermes-sen und deren Zustand so doku-mentiert werden. Strukturelle Ver-änderungen der zu untersuchen-den Bauteile sind dabei nicht zuvermeiden, weshalb die CT alsberührungsloses und zerstörungs-freies Prüfverfahren einen großenMehrwert bietet. Dank der hohenerzielbaren Auflösung von ca. 350 µmkann aus dem Volumendatensatzder Verformungszustand z.B. vonCrashbereichen ohne die sonstaufwendigen Vorarbeiten sehrgenau erfasst werden. Die Abbil-dung der Strukturen als Volumenoder Dreiecksnetz in einem drei-dimensionalen Koordinatensystemermöglicht eine präzise Erfassung

Defekte wie Risse oder Lunkersicher zu detektieren. Durch dieAnwendung des Tomosynthese-Scanverfahrens, bei dem dieAbbildung der Prüfstelle ausunterschiedlichen Winkeln er-folgt, kann die Tiefenlage derDefekte bestimmt werden. Wiein Abbildung 2 dargestellt kann sofestgestellt werden, wo sich einSchaden innerhalb oder außerhalbeines kritischen Bereichs befindet.Aufgrund des eingeschränktenWinkelbereichs ist dieses Verfah-ren nicht direkt vergleichbar mitder CT-Abbildung, bei der diegeometrische Information ausallen Richtungen gleichermaßengut vorliegt. Für eine Vielzahl vonFragestellungen, bei denen sehrkleine Strukturen detektiert wer-den müssen ohne das Objekt zer-stören zu dürfen, ist es jedoch her-vorragend geeignet. Die Größeder zu untersuchenden Objekteist bei der Tomosynthese Anlageauf Bauteile von ca. 2 x 2 m undDurchstrahlungslängen von ca. 1 cmStahl sowie 8 cm Aluminiumlimitiert. Im Gegensatz zur kon-ventionellen CT, können dabeiScanbereiche von 3 x 3 mm2 beieiner Auflösungen von 1 µmoder auch 30 x 30 mm2 bei einerAuflösung von 10 µm erzieltwerden. Durch eine Aneinander-

35Computertomographie

reihung der Scanbereiche kanndas Messvolumen trotz hoherAuflösung auf eine deutlichgrößere Fläche erweitert werden.Die Scandauer beläuft sich dabeiin der Regel auf einige Minuten jeScanbereich. Im Gegensatz zur lokalen Unter-suchung mittels Tomosynthesebietet das Fraunhofer EZRT mitder XXL-CT ein vollumfängli-ches Untersuchungsverfahren fürgroße und massive Bauteile an.In Fürth-Atzenhof wurde, wiebereits zuvor berichtet, eine Hoch-energie-Testhalle (siehe Abb. 3)aufgebaut, mit der, erstmals inEuropa, die CT ganzer Fahrzeu-ge ermöglicht wird und für dieIndustrie zur Verfügung steht. Dabei kann in zwei Kategorienunterschieden werden: der Hoch-energie-CT, die mit der klassi-schen CT vergleichbar ist, jedochüber höhere Durchdringungs-

Abb. 1: Tomosynthese-Anlage desFraunhofer EZRT

Abb. 2: Tomosynthese-Rekonstruktion der Oberfläche einer Schweißverbindung und derim angeschweißten Stahlprofil verborgenen Strukturen. Die Durchschweißung wirdanhand des Grauwerteverlaufs in beiden Schichten klar sichtbar. Die erzielte Auflösungan dem flächenhaft ausgeprägten Bauteil beträgt ca. 25 µm

Abb. 3: Aufnahme der Inneneinrichtungder Hochenergie-Testhalle. Strahlungs-quelle und Detektor sind über ein Turm-system in der Höhe verfahrbar, um großeObjekte komplett abzutasten und Projek-tionsbilder von bis zu 5m x 4m (Höhe xBreite) mit einer Abtastung von 400 µmzu generieren

von Messgrößen. Je nach Messob-jekt kann aktuell eine Längenmess-genauigkeit von bis zu +/-700 µmüber eine Messlänge von ca. 3 merreicht werden. Über die Erfas-sung der Form hinaus werdendank der Kontrastempfindlichkeitdes Messsystems Defekte imInneren von Baugruppen wieLunker oder Risse detektiert. InAbbildung 4 ist die möglicheDatennachverarbeitung gezeigt.Einzelne Bauteile können ausdem Gesamtverbund segmentiertund in Oberflächendatenformateumgewandelt werden, um z. B.Geometrievergleiche (Soll/ist-Ver-gleich) mit Konstruktionsdaten(CAD-Daten) durchzuführen oderdie durch den Crash verursachteVerformung mit Ergebnissen vonFinite-Elemente-Simulationen zuvergleichen.Ein weiterer Vorteil der einge-setzten hochenergetischen Rönt-genstrahlung ist, neben der er-heblich größeren Durchstrah-lungsfähigkeit im Vergleich zuniedrigen Strahlungsenergien, dieEigenschaft, unterschiedlich starkabsorbierende Materialien in derCT-Rekonstruktion gleichermaßengut abzubilden. Dies gelingt dankder hohen Signallinearität unter-schiedlichster Materialien imEnergiebereich oberhalb 1 MeVund den verringerten sogenanntenStrahlaufhärtungsartefakten.In Abbildung 5 wird die hervorra-gende Qualität anhand des Scans

einer PKW-Fahrgastzelle mitmontierten Türen und der ge-meinsamen Abbildung verschie-dener Materialien wie Stahl, Glasund Kunststoff deutlich. Die Scanzeit der XXL-CT fürein gesamtes Fahrzeug hängt vonder benötigten Bildqualität abund variiert zwischen 6 Stundenund mehreren Tagen. Die rekon-struierte Datenmenge unter-scheidet sich dabei je nach ge-forderter Auflösung zwischen 15und 400 GB.Ein wesentliches Ziel des Fraun-hofer EZRT ist, die XXL-CT alsDienstleistung für die Industriezu etablieren und in Bezug aufspezifische Kundenanforderungenweiterzuentwickeln. Hierbei spie-len insbesondere der Umgang mitgroßen Datenmengen und derTransfer zur kundenseitigen Nut-zung der Datensätze, z.B. zumAbgleich mit Konstruktionsdaten,eine wesentliche Rolle. Mittelfris-

36 Computertomographie

tig werden Ansätze zur Steige-rung der Bildqualität, Verkürzungder Messzeit und Verbesserungder Rekonstruktion und Datenex-traktion verfolgt.Die Entwicklungen des FraunhoferEZRT ermöglichen die vollum-fängliche Untersuchung von Ob-jekten mit nahezu allen Formaten..Je nach Aufgabenstellung kann auseinem breiten Anlagenspektrumgewählt und vom Mikrometerbis zum Millimeter jedes Detailpräzise untersucht werden. DasFraunhofer EZRT am StandortFürth-Atzenhof ist ein europaweiteinmaliges Kompetenzzentrum fürRöntgentechnik.

Abb. 4: CT-Scan eines Crashfahrzeugs, 3D-Rendering (rechts) und Extraktion deformierterBereiche (links unten)

Abb. 5: CT-Schnittbild durch die Fahrgastzelle (links) und vergrößerte Abbildungdes Türbereichs (rechts)

Autor:

Fraunhofer EntwicklungszentrumRöntgentechnik EZRTeine Abteilung desFraunhofer Instituts für IntegrierteSchaltungen IISin Kooperation mit demFraunhofer IZFP

Flugplatzstr. 75, 90768 FürthTel: +49 (0) 911 / 5 80 61-75 62Fax: +49 (0) 911 / 5 80 61-75 99Email:Michael.Salamon@iis.fraunhofer.deInternet: www.iis.fraunhofer.de

Dipl.-Ing. (Fh)Michael Salamon

GruppenleiterLaborsysteme

KEY TECHNOLOGIES IN BAVARIA

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und erscheinen auch als CD-ROM.

IHR SCHLÜSSEL

Damit komplexe elektronischeSysteme – etwa in einem Auto-mobil oder einer Solaranlage –reibungslos funktionieren, müssenunterschiedlichste Komponentenzusammenspielen. Die Verbin-dung erfolgt oft über Kabel undSteckverbinder. In einem Fahr-zeug etwa sind durchschnittlichbis zu 4000 Steckverbinder ver-baut.

Allerdings sind die lösbaren Kon-taktsysteme auch eine potenzielleSchwachstelle: Qualitativ minder-wertige Materialien, fehlerhafteOberflächen, hohe Ströme, aberauch Montagefehler können zuReibkorrosion und damit zu einerstetigen Erhöhung des Kontakt-widerstandes führen. Die Folge:Der elektrische Kontakt wird dau-erhaft und kontinuierlich geschä-digt. Darüber hinaus kann dieTemperatur vor dem Ausfall desKontaktes durch den überhöhtenWiderstand im schlimmsten Fallso hoch sein, dass benachbarte Ma-terialien und Kunststoffe schmel-zen oder brennen können.

Beim Verdacht auf Reibkorrosionbietet das Fraunhofer IZM amStandort Oberpfaffenhofen um-fassende Beratung und Ursachen-forschung an. Zur Analyse allerArten von Kontakten und Kon-taktsystemen steht dabei umfang-reiche Labortechnik zur Verfü-gung. Darüber hinaus arbeiten dieForscher an neuen und kosten-günstigen Technologien, um eineDegradation lösbarer Kontaktedurch physikalisch/chemische Ein-

flüsse von vornherein zu vermei-den. Unter anderem entwickeltdas Team neue Konzepte undSysteme für Leichtbaustrukturensowie mikro- und nanomodifi-zierte Hightech-Materialien imBereich der mechanischen An-schlusstechnik.

Das Mikro-Mechatronik Zentrumist Teil des Fraunhofer-Institutsfür Zuverlässigkeit und Mikroin-tegration IZM. Es ist in drei For-

schungsschwerpunkte unterglie-dert: Im Schwerpunkt innovativeSteckertechnologien, welche unteranderen im Fahrzeugsektor auf-grund neuer elektromobiler Kon-zepte zunehmend benötigt wer-den, werden „Mechanische An-schlusstechnik und intelligenteSteckverbinder“ erforscht (SmartPower Mechanics). Die Gruppe„Additive Manufacturing“ ent-wickelt generative Fertigungs-technologien zum 3D-Druck vonelektronischen Systemen. Im Ge-biet „Prozess-Simulation und Stress-Messchip“ stehen Simulationenzur Produktzuverlässigkeit beithermischer und mechanischerLast von Electronic-Packaging-Prozessen im Fokus. PraxisnaheSchulungen und Workshops be-gleiten alle drei Bereiche durchZertifikatskurse (u.a. ZVE, ESA,IPC, AZAV, DVS).

Reibkorrosion –der heimliche Killer

lösbarer Kontakte

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Reibkorrosion

Durch Reibkorrosion geschädigte

Leiterplatte eines Solar-Moduls

Foto:Fraunhofer IZM

Fraunhofer IZM amStandort Oberpfaffenhofen

Fraunhofer-Institut fürZuverlässigkeit und MikrointegrationIZM Mikro-Mechatronik Zentrum MMZ

Argelsrieder Feld 682234 WeßlingTel.: +49 8153 9097-500 E-mail:Frank.ansorge@mmz.izm.fraunhofer.dewww.izm.fraunhofer.dewww.zve-kurse.de

Dr. Frank Ansorge

Kontakt:

I n t e r n a t i o n a l e F a c h m e s s e f ü r W e r k s t o f f a n w e n d u n g e n ,I n t e r n a t i o n a l T r a d e F a i r f o r M a t e r i a l s A p p l i c a t i o n s ,S u r f a c e T e c h n o l o g y a n d P r o d u c t E n g i n e e r i n g

NoAE ist eine freie, offene Initiativefür die Mobilitätsbranchen und derenKooperationspartner. Ausgangspunktvor 10 Jahren waren die Automobil-und Zuliefererindustrie. Daraus hatsich ein internationales und unter-nehmensübergreifendes Experten-netzwerk entwickelt.Zielsetzung ist der Erfahrungsaus-tausch zu

strategischenorganisatorischen undtechnologischen

Fragen und Herausforderungen fürdie Unternehmen innerhalb undaußerhalb der Branchen. NoAEwurde 2002 von bekannten Persön-lichkeiten der Automotive-Brancheund unter Mitwirkung der Europäi-schen Kommission gegründet.

Urbane Herausforderungen

gemeinsam meistern.

Städte, Wissenschaft und Wirtschaftim Dialog

Gemeinsame Initiative von Audi

Produktion und NoAE

Mit der Initiative „FutureCityFac-tory“ bringen die Audi-Produktionund das Network of AutomotiveExcellence erstmals Städte, Wis-senschaft und Wirtschaft an einenTisch, um Chancen, Herausforde-rungen und Ideen zur Gestaltungder urbanen Produktion der Zu-kunft zu diskutieren.

Kickoff Ende April 2014 bei

AUDI in Ingolstadt

Ende April trafen sich erstmals140 Vertreter aus Wirtschaft undWissenschaft mit Stadt- undVerkehrsplanern um bei der

Kickoff-Konferenz der Future-CityFactory Chancen für dieindustrielle Fertigung im urbanenKontext zu diskutieren. Die Basishierfür waren vier Impulsvorträgezu den spezifischen Herausfor-derungen, denen die Branchenkünftig gegenüberstehen. Die Um-setzung erfolgte auf fünf bzw.sechs Marktplätzen.

Marktplätze als Basis für

gemeinsame Projekte

Fünf bzw. sechs Markplätze bilde-ten beim Kickoff die Diskussions-plattform und laden auch künftigStädte, Firmen und Wissenschaftzur Zusammenarbeit ein:

Network of

Automotive Excellence:

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Die neue Initiative:FutureCityFactory

Das branchenübergreifendeNetzwerk

Herr Alois Brandt, AUDI AG eröffnete die Kickoff-Konferenz www.future-city-factory.deFoto © AUDI AG/Oliver Strisch

Bis 2050 werden über 70 % der Weltbe-völkerung in Städten leben.Ein Großteil der Wirtschaftskraft wirdsich auf wenige hundert Zentren in derWelt konzentrieren. Die Stadt der Zu-kunft stellt neue Herausforderungen andie Infrastruktur von industrieller Ferti-gung, Handel, und Dienstleistungen –Herausforderungen, die sich nur in inter-disziplinärer Zusammenarbeit bewäl-tigen lassen.

Marktplatz Mitarbeiter

Städte und Unternehmen sitzen im glei-chen Boot: Die einen wünschen sichattraktive Arbeitsplätze für ihre Bürger,die anderen suchen qualifizierte Mitar-beiter. Doch gleichzeitig sind Ansprücheder Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter anArbeit, Arbeitsplatz und Arbeitsumfeldgestiegen.

Ein sechster Markplatz war fürdie Vertreter der Kommunenreserviert – unter dem Stichwort„Stadt der Zukunft“ tauschtensich die Vertreter aus Städteninsbesondere aus Bayern, Baden-Württemberg, Nordrhein-West-falen und Österreich (Graz undWien) aus.Oberstes Ziel war und ist es,Anhand von konkreten Auf-gabenstellungen aber auch aufBasis von Ideen Vorschläge fürdie Umsetzung zu erarbeiten.

Die Initiatoren, Audi Produktionund NoAE laden Städte, Wis-senschaft und Wirtschaft zurweiteren Zusammenarbeit ein.Erste Nachfolgetermine habenbereits stattgefunden.

41Network of Automotive Excellence

Kontakt:

ewf institute NoAE

Dipl.-Kfm. H. Köpplinger

Becker-Gundahl-Strasse 19D 81479 Munich – GermanyPhone: +49 (89) 7489-9669Mobile: +49 (170) 52 77 666E-mail: h.koepplinger@ewf-institute.comwww.noae.com

Weitere Informationen im Internet:

Plattform für Future City Factorywww.future-city-factory.de

Soziale Netzwerke:https://www.xing.com/de/communi-ties/groups/future-city-factory-64df-1005233

Herr Ralf Winterstein,Firma Mahle nimmtam Marktplatz „Energie“ seine Bewertun-gen vor. Foto © AUDI AG/Oliver Strisch

Frau Monika Thomas, Stadtbaurätin der Stadt Wolfsburg, bei der Bewertung der Projketideen am Marktplatz „Stadt der Zukunft“ Foto © AUDI AG/Oliver Strisch

Marktplatz Mobilität

Fortschreitende Urbanisierung bedeutet,dass die Bevölkerungsdichte in Städtenund Ballungsräumen weiter zunehmenwird. Die Menschen wollen jederzeitmobil sein, und zwar zuverlässig, sicherund immer bewusster auch ressourcen-schonend.

Marktplatz Internet

Der Marktplatz ‚Internet‚ stellt eine dermächtigsten Entwicklungen für Indust-rie, Politik und Gesellschaft in den kom-menden Jahren in den Mittelpunkt: die(R)Evolution hin zu Industrie 4.0.

Marktplatz Zukunftsplanung

Fabrik und Stadt gehören zusammen. Beiden Planungsaufgaben der Zukunft wirdes stärker denn je darum gehen, die Inte-ressen von Städten und Unternehmen zusynchronisieren.

Marktplatz Energie

Der Marktplatz Energie greift alle The-men und Herausforderungen auf, die imRahmen neuer Energiekonzepte vonKommunen, Firmen und Anbietern zubeachten sind.

Kreative Entwürfe, eine intelligenteUmsetzung, Bestätigung, Bewertungund Optimierung sind die Elemente derProduktentwicklungsschleifen. Dazwi-schen liegen Leistungsschnittstellen mitihren typischen Informationsverlusten,Kommunikationsproblemen und einhoher Steuerungsaufwand. Bei acadstammen alle Projektleistungen undverfügbaren Prototyping- sowie Too-ling-Verfahren aus einer Hand.

Seit über 12 Jahren arbeiten Kon-struktion und Musterbau bei dermittelfränkischen Firma acad engverzahnt zusammen und erstellenalle Teilprozesse, die eine Schlüssel-funktion für die effiziente und kom-petente Projektrealisierung haben.Durch dieses Leistungsangebot kön-nen Muster, Prototeile, Konstruktio-nen und Konzepte mit einem höhe-ren Reifegrad geliefert werden.

Sie wollen mit unkonventionellenLösungen den Wettbewerbsvorteilgegenüber der Konkurrenz imAutomotive-Bereich sicherstellen?acad engineering berät Sie kompe-tent und begleitet auch komplexeProjekte zielgerichtet bis zum erfolg-reichen Abschluss. Dank unserer22-jährigen Erfahrung sind wirSpezialist im Bereich der Entwick-lung von Innenausstattungskompo-nenten wie Armlehnen, Kopfstützen,Cupholdern und Sitzkomponentenfür die Automobilindustrie im Pre-miumsegment. Zu unseren Kundenzählen die in der Automotive-Bran-che tätigen OEM´s, Tiers-1 sowieTiers-2. Bei acad engineering wirdjeder Entwicklungsschritt durch eine

5-Phasen Entwicklung systematischabgesichert. Sie entscheiden nachAbschluss und Analyse jeder einzel-nen Phase wann und wie es weiter-geht, was eine Minimierung IhresInvestitions- und Entwicklungsrisi-kos bedeutet. Beispielhafte Projektevon acad engineering:

F.S. Fehrer Automotive GmbH:Daimler W222 S-Klasse Mittel-armlehne SA hinten csi entwicklungstechnik GmbH:Porsche Cayenne E2 Mittelkonsole MEKRA Lang GmbH & Co. KG:MAN Neoman Linienbus Front-spiegel

acad prototyping fertigt Kunststoff-teile im Expressspritzguss-Ver-fahren. Bei Stückzahlen bis 1.000

Teile ist eine Lieferung innerhalbvon 15 Arbeitstagen möglich. DiePreise für die aus hochfestemAluminium gefertigten Spritzguss-werkzeuge beginnen bei 2.000 €

und richten sich nach Größe undKomplexität. Unsere Werkzeugesind ausgerichtet auf Teilegrößen bis600 mm und einem Spritzgewichtbis 700 g. Anwendbar sind alle aufdem Markt verfügbaren thermoplas-tischen Kunststoffe, wobei die wich-tigsten, ca. 400 Typen ständig aufLager sind. Die Prototypenerstel-lung wird auf Rapid MouldingSystemen durchgeführt.Diese auf 3D-CAD-Daten basieren-de Methode ermöglicht es bereits inder Planungsphase schnell und un-kompliziert Prototypen zu fertigen.Durch die segmentierte Bauweisekönnen alle Werkzeuge entspre-chend schnell geänderten Kunden-wünschen angepasst werden. Beispiel-hafte Projekte von acad prototyping:

Dräxlmaier Group:BMW Steuergeräteträger Alfmeier Präzision AG:Pneumatiksteuergehäuse F.S. Fehrer Automotive GmbH:Opel Zafira Mittelarmlehne

Expressspritzguss – Design aus

einem Guss

Expressspritzguss

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acad group

Fabrikstraße 1a91560 Heilsbronn (Mfr)Tel: +49 (0) 9872 5298E-mail: a.kalusche@acad-engineering.dewww.acad-group.de

Dipl.-Ing.AlexanderKalusche

Geschäftsführer

Autor:

F.S. Fehrer Automotive GmbH: DaimlerW222 S-Klasse Mittelarmlehne SA hinten

Dräxlmaier Group:BMW Steuergeräteträger

acad engineering –“driven by evolution”

acad prototyping –“driven by improvement”

Sonderteile-Car

Innovative hochtechnologische Pro-dukte und erfolgreiche Global Play-er der Automobilzuliefererindustriehaben in Mainfranken lange Tradi-tion. Für „Made in Mainfranken“ ste-hen im Weltmarkt führende Unter-nehmen und Marken wie BoschRexroth, FAG, Sachs, SKF, BASFCoatings, Preh, Jopp oder FTE

ebenso wie junge Technologie-Unternehmen. Dank andauernderInnovationsfähigkeit der Unterneh-men stieg die Zahl der Beschäftigtenim mainfränkischen KompetenzfeldNr. 1 in den letzten Jahren gegenden Bundestrend auf über 40.000.Gemessen an dieser Zahl ist Main-franken damit Nummer vier unterbundesweit 97 Regionen.Regionale Schwerpunkte liegendabei insbesondere in den Berei-chen Elektromobilität, Präzisions-und Wälzlagertechnologie, Brems-und Kupplungssysteme, Antriebs-und Steuerungstechnik, Hydraulikund Kfz-Bediensysteme.

Zentral gelegen zwischen denStandorten der großen Automo-bilhersteller in Bayern, Baden-Württemberg, Nordrhein-West-falen, Niedersachsen, Sachsen unddem benachbarten Europa istMainfranken zentrale Drehschei-be mit einer leistungsfähigen Ver-kehrsinfrastruktur.Ob Forschung oder Anwendung –die mainfränkischen Hochschulensind Garant für hoch qualifizier-ten Ingenieursnachwuchs in derRegion:

Die Hochschule für angewandte

Wissenschaften Würzburg-

Schweinfurt (FHWS) bietet einbreites Spektrum an ingenieur-wissenschaftlichen Studiengängen.Die Universität Würzburg er-gänzt dieses Potenzial mit zu-kunftsorientierten Studiengängenwie Nanostrukturtechnik, Techni-sche Informatik und Technologieder Funktionswerkstoffe.Wichtige außeruniversitäre For-

schungs- und Entwicklungsein-

richtungen sind kompetente Part-ner für Forschungskooperationenund funktionierende Netzwerke.

Mainfranken – eine (e)mobile

Region

44

Mainfranken

Kompetenz in der Oberflächenveredlung(Foto: BASF Coatings GmbH)

Mainfranken - Drehscheibe zwischen den bundesweiten OEM-Standorten

Automotive / Maschinenbau – Kompetenzfeld Nr. 1

Mainfrankengut positioniert

kens erheblich. So wurde unter demDach der Region Mainfranken GmbHmit dem Fachforum Elektro-

mobilität eine mainfrankenweitePerspektive für die Zukunftstechno-logie Elektromobilität entwickelt.Mittelständische Unternehmen en-gagieren sich hier genauso wie Glo-bal Player und Vertreter der main-fränkischen Hochschulen und For-schungseinrichtungen mit dem Ziel,Kooperationsstrukturen auszubauen,den Forschungs- und Bildungsstand-ort zu stärken, Fachkräfte für dasZukunftsfeld zu begeistern undElektromobilität sichtbar zu machen –beispielsweise durch die main-frankenweite Staffelfahrt oder denSchulbaukasten Elektromobilität.

Weitere Informationen finden Sieim Internet unter www.m-e-nes.deund www.mainfranken.org/emob

Betrieb der Fahrzeuge. An diesemPunkt stellt das Technologietransfer-zentrum einen wichtigen Knoten-punkt für industrielle und wissen-schaftliche Forschung und Entwick-lung dar. Als weitere Säule im regio-nalen Kompetenzprofil fungiert dieTechnikerschule für Fahrzeugtechnikund Elektromobilität. Sie wird einenmaßgeblichen Beitrag zur Deckungdes Fachkräftebedarfs im Zukunfts-feld „Alternative Antriebe“ in Main-franken leisten.Bis heute sind intensive Verbindun-gen zwischen Hochschulen, For-schungseinrichtungen und Unter-nehmen in Mainfranken geknüpftworden, die in konkrete Koopera-tionsprojekte mündeten. Diese Netz-werkaktivitäten erhöhen nicht nur dieForschungstätigkeiten im Bereich derElektromobilität, sondern verbessernauch die Standortqualitäten Mainfran-

Elektromobilität ist eines der bedeu-tenden industriellen Zukunftsthemenund Mainfranken weiß sich hier auf-grund seiner Automotive-Kompe-tenz entsprechend zu positionieren.Es verwundert daher nicht, dass diemainfränkische Stadt Bad Neustadt

an der Saale im Juli 2010 vomFreitstaat Bayern zur erstenBayerischen Modellstadt für Elekt-romobilität ernannt wurde. DasModellstadtlabel beinhaltete dieZusage, ein Technologietransfer-zentrum für Elektromobilität (TTZ-EMO) aufzubauen. Angegliedert andie FHWS begleitet das TTZ-EMO das Thema Elektromobilitätwissenschaftlich und unterstützt dieSchwerpunkte der Modellstadt imBereich SMART GRID. Die Opti-mierung von Ladetechnologien so-wie der Einsatz von intelligentenEnergiemanagementsystemen stehendabei im Vordergrund. LangfristigeZiele sind die Nutzung elektrischerFahrzeuge als innovative Stromspit-zenpuffer und die Erzeugung vonregenerativen Energiequellen für den

45Mainfranken

Autor:

Region Mainfranken GmbH

Ludwigstraße 10 1/2

97070 WürzburgTel.: 0931-452 652-0Fax: 0931-452 652-20E-mail: info@mainfranken.orgInternet: www.mainfranken.org

Sebastian KühlProjektmanager

Modellstadt Elektromobilitätfür Mainfranken

Elektromobilität erfahrbar machen – bei der Staffelfahrt Elektromobilität(Foto: Region Mainfranken GmbH)

Damit Elektromobilität weiter Schule macht (Foto: Region Mainfranken GmbH)

Ein serientauglicher Elektro-Flitzer,der sowohl leicht als auch sicher istund den Großen beim Fahrkomfortin nichts nachsteht? Wie das geht,zeigt das Forschungsprojekt Visio.M.Erst hört man ein Surren, dann dasKnirschen von Reifen auf dem As-phalt. Es geht sehr leise zu, wenn dasVisio.M-Forschungsfahrzeug seineTestrunden dreht.Visio.M steht für Visionäres Mobi-litätskonzept, ein vom Bundesfor-schungsministerium gefördertes For-schungsprojekt, in dem Wissen-schaftler der Technischen UniversitätMünchen (TUM) mit 14 Partnernaus der Automobil- und Technik-branche zusammenarbeiten. Ziel desaußergewöhnlichen Konsortiums istes, ein Elektrofahrzeug-Konzept fürden Stadtverkehr zu entwickeln, dasnicht nur effizient, leicht und sicherist, sondern auch für den Massen-markt geeignet. Bisher fehlt es nochan Elektroautos, die all diese Anfor-derungen erfüllen.„Jeder Partner bringt spezifischesKnow-how mit, sei es beim Antrieb,den Batterien oder beim Leichtbauder Fahrzeugkarosserie“, erklärt Prof.Markus Lienkamp, der das Visio.M-Projekt auf Seiten der TU Münchenbetreut. „Gemeinsam erarbeiten wirein grundlegend neues Konzept vonElektromobilität: Es soll Sicherheit,Effizienz und Leichtigkeit verbindenund gleichzeitig den Kundenwün-schen in Bezug auf Fahrdynamik,Komfort und Design gerecht werden.“ Im Verbundprojekt des Bundesfor-schungsministeriums Visio.M erfor-schen namhafte Unternehmen derdeutschen Automobilindustrie zu-sammen mit Wissenschaftlern der

TU München Möglichkeiten, wiekleine, effiziente Elektrofahrzeugesicher und preiswert gebaut werdenkönnen. Im Rahmen des Projektsnutzen die Verbundpartner die Basisdes von der TU München entwickel-ten Elektrofahrzeugs MUTE, umInnovationen und neue Technolo-gien für Fahrzeugsicherheit, Antrieb,Energiespeicher und Bedienkonzeptauf ihre Umsetzbarkeit unter denRahmenbedingungen der Großseri-enproduktion zu erforschen. Bisherige Elektro-Kleinstfahrzeugesind entweder sehr leicht, müssendafür aber mit reduzierter Sicherheits-technik auskommen, oder Rahmenund Knautschzonen größerer E-Fahrzeuge sorgen für Gewicht undgehen damit zulasten der Batterie-reichweite. Im Projekt Visio.M wirdein Mobilitätskonzept erarbeitet, dasvon Anfang an beiden Anforderun-gen genügt: ein effizientes Elektro-fahrzeug mit minimalem Gewicht,das ein höchstmögliches Sicherheits-niveau bietet. Bei der Fahrzeugstruktur haben sichdie Visio.M-Ingenieure deshalb füreine innovative Monocoque-Bau-weise entschieden. Diese aus demRennsport bekannte Struktur erlaubtes in Verbindung mit Leichtbau-Materialien, Fahrzeuge mit hoher

Steifigkeit und minimalem Gewichtzu konstruieren. Entwickelt wirddiese Fahrgastzelle durch den Kon-struktionsspezialisten IAV, gemein-sam mit Leichtbauexperten undFahrzeugtechnikern der TUM. DieFahrzeugstruktur soll mit besondersleichten carbonfaserverstärkten Kunst-stoffen (CFK) umgesetzt werden.Der Verbundwerkstoff ist zwar nochvergleichsweise aufwändig zu produ-zieren und entsprechend teurer. Zielist es deshalb zu prüfen, inwieweitdie Carbonfaser-Werkstoffe auch fürserientaugliche Elektro-Kleinstfahr-zeuge nutzbar sind.Auch bei vielen anderen Bauteilengehen die Visio.M-Ingenieure neueWege. Beispielsweise beim Antrieb:Im Visio.M-Konzeptfahrzeug kommteine effiziente Asynchronmaschinevon Siemens in einer sehr kompaktenBauform zum Einsatz. Sie ist robustund zeichnet sich durch eine hoheLebensdauer und Kosteneffizienzaus. Sie kann sowohl im motorischenals auch im generatorischen Betriebarbeiten. Dadurch kann die Brems-energie in elektrische Energie umge-wandelt und zurück in den Akkugespeist werden, um die Reichweitedes Fahrzeugs zu erhöhen. Die Küh-lung der Asynchronmaschine wirdzum einen durch ein wassergekühltes

MassentauglicheElektromobilitätfür das urbane Umfeld

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es genug. Vom Car Sharing Fahr-zeug, dass vor die Haustür bereitge-stellt wird über Parkservices inInnenstädten bis hin zur ferngelenk-ten Fahrt von Elektroautos zur näch-sten Ladesäule.An dem Forschungsprojekt „Visio.M“beteiligen sich, neben den Automo-bilkonzernen BMW AG (Konsor-tialführer) und Daimler AG, dieTechnische Universität Münchenals wissenschaftlicher Partner, sowieAutoliv B. V. & Co. KG, Bundes-anstalt für Straßenwesen (BASt),Continental, die Finepower GmbH,Hyve AG, die IAV GmbH, InnoZGmbH, Intermap TechnologiesGmbH, LIONSmart GmbH,Siemens AG, Texas InstrumentsDeutschland GmbH und TÜVSÜD AG. Das Projekt wird imRahmen des FörderprogrammsIKT 2020 und des Förderschwer-punkts „Schlüsseltechnologien fürdie Elektromobilität – STROM“des Bundesministeriums für Bil-dung und Forschung (BMBF) über2,5 Jahre gefördert und hat ein Ge-samtvolumen von 10,8 Mio. Euro.

spiegel angebracht sind. Eine weitereKamera zeigt den Blick nach hinten.Das Lenkrad ist ein Force-Feedback-Wheel, das über Stellmotoren Halte-kräfte zurückmeldet und so ein sehrrealistisches Fahrgefühl vermittelt.Ebenso echt fühlt sich die Bremse an,die ganz wie im Auto auf den aus-geübten Druck am Pedal anspricht.Neben einer kompletten Rundum-sicht wird dem Fahrer an seinemOperatorplatz auch der Ton aus demWageninneren über Dolby 5.1 räum-lich korrekt dargestellt.In vielen Großstädten ist das LTE-Netz inzwischen großräumig ausge-baut, so dass schon heute ausreichendBandbreite für die Übertragung derVideobilder, des Tons und der Steu-erdaten zur Verfügung steht. Außer-dem schreitet der Ausbau der Mobil-funknetze weiter fort. Die Kapazitä-ten nehmen zu und gleichzeitig stehtmit dem nächsten Video-CodecH.265 eine noch effizientere Kom-primierung der Bilder auf nur noch50 Prozent der jetzigen Größe bevor.Sollte die Bandbreite aber tatsächlicheinmal nicht ausreichen oder die Ver-bindung sogar ganz abreißen, wirddas Fahrzeug automatisch bis zumStillstand abgebremst. Trotz allertechnischen Machbarkeit müssen voreinem möglichen regulären Einsatzsolcher Systeme noch juristischeHürden genommen werden. Dennoch sind die Forscher der TUMünchen davon überzeugt, dass dasteleoperierte Fahren schon innerhalbder nächsten fünf bis zehn JahreRealität werden könnte. Denn dieKosten sind überschaubar. Kameraund Elektronik für die Fernsteuerungkosten inzwischen nicht mehr alsmanch anderes Ausrüstungspaket.Und Anwendungsmöglichkeiten gibt

47Massentaugliche Elektromobilität

Gehäuse und zum anderen durcheine interne Luftkühlung am Rotorsichergestellt. Durch die optimaleWärmeabfuhr kann der vorhandeneBauraum maximal ausgenutzt werden. Trotz aller Gewichtseinsparung stehtdie Sicherheit der Insassen imVisio.M-Projekt an erster Stelle: Diestabile Karbonfaser-Fahrzeugstrukturwird dafür mit weiteren aktiven undpassiven Schutzkonzepten ergänzt,die insbesondere die spezifischenSicherheitserfordernisse eines Elekt-ro-Kleinstfahrzeugs für den urbanenEinsatz adressieren. Zu den Ideen,denen die Ingenieure in ihrer For-schungsarbeit nachgehen, gehörenzum Beispiel speziell an solche Fahr-zeuge angepasste Gurtsysteme sowieweitere innovative Konzepte zurReduzierung der Insassenbelastungbei einem Unfall. Am Projektendesoll das E-Fahrzeug ein höchstmögli-ches Sicherheitsniveau bieten. Die ersten Fahrwerkstests hat einVersuchsträger des zukünftigen E-Fahrzeugs bereits absolviert. Aufeinem Testgelände in der Nähe vonMünchen wurden die Fahrdynamik-regelsysteme, also das Antiblockier-system und das Torque-Vectoring-System, erfolgreich in Betrieb ge-nommen – ein weiterer Schritt hinzum sicheren Elektrofahrzeug. Die Forscher des Lehrstuhls fürFahrzeugtechnik der TUM haben ineinem Teilbereich des Projekts außer-dem gezeigt, dass das so genannteteleoperierte Fahren im öffentlichenStraßenverkehr sicher funktioniert.Dafür haben sie das Erprobungs-fahrzeug mit sechs Videokamerasausgerüstet und sämtliche Funktio-nen über ein zentrales Steuergerätschaltbar gemacht. Die Videobilderlaufen in einem Computer zusam-men und werden dann codiert überLTE zu der Fernsteuerung, demOperatorarbeitsplatz, gesendet. Dortsitzt der Fahrer wie in einem Fahrsi-mulator mit Lenkrad, Schalttafel undPedalen vor drei riesigen Monitoren.Diese zeigen die Bilder von bis zufünf nach vorn und zur Seite gerich-teten Kameras, die in der Mitte derWindschutzscheibe vor dem Rück-

Autor:

Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik (FTM)Technische Universität München

Boltzmannstr. 1585748 Garching b. MünchenTelefon: +49.89.289.15344Fax: +49.89.289.15357E-mail: lienkamp@ftm.mw.tum.deftm@ftm.mw.tum.de

Prof. Dr.-Ing.Markus Lienkamp

Ordinarius

„Das neue Showcar demonstriertauf vielen Ebenen technischen Vor-sprung“, sagt Prof. Dr. UlrichHackenberg „Wir haben e-tron-Technologie mit 515 kW und ei-nem Verbrauch von nur 2,5 l/100km; Laserscheinwerfer, die mitihrer Leistung alles bisher Dage-wesene in den Schatten stellenund neue Anzeige- und Bedien-systeme mit wegweisender Elek-tronik-Performance an Bord. Wirzeigen hier die Zukunft vonAudi.“ Das Coupé, eine Evolution desSport quattro concept, in derFarbe Plasmarot lackiert, vereintdie Kraft des historischen Sportquattro mit emotionaler Eleganz.Seine Karosserie sitzt straff überden großen Rädern. Die Über-hänge sind kurz, die Proportio-nen ausgewogen sportlich: Bei2.784 Millimeter Radstand beträgtdie Länge 4.602 Millimeter; mit1.964 Millimeter ist der Zweitürersehr breit und mit 1.386 Milli-meter außergewöhnlich niedrig. Bei den Doppelscheinwerfern,einem typischen quattro-Feature,demonstriert Audi die Zukunftder Lichttechnologie mit einerKombination aus LED und Laser-

licht. Im Inneren der Scheinwer-fer sind je zwei flache, trapezför-mige Körper zu erkennen – deräußere generiert über LEDs undeine Blende das Abblendlicht, derinnere das Laser-Fernlicht.Die leistungsstarken Laserdiodensind wesentlich kleiner als LED-Dioden, ihr Durchmesser beträgtnur wenige Mikrometer. Mit fast500 Metern Reichweite, leuchtetdas Laser-Fernlicht etwa doppeltso weit und dreimal so lichtstarkwie LED-Fernlicht. Mit dieserZukunfts-Technologie betont Audieinmal mehr seine Führungsrolle

in der automobilen Lichttechnik,die im R18 e-tron quattro 2014auch auf der Rennstrecke zumEinsatz kommt.Die kantigen, flachen C-Säulendes Audi Sport quattro laserlightconcept und die Blister über denKotflügeln sind weitere Design-Reminiszenzen an den klassi-schen Sport quattro. Neu inter-pretiert und intensiv herausge-arbeitet, verleihen die breitenSchultern der Karosserie nochmehr Dynamik. Am ganzen Autofassen scharfe Konturen muskulösgespannte Flächen ein – das Spiel

DerAudi Sport quattro

laserlight concept

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• Dynamisches Coupé mit starkem Plug-in-Hybridantrieb

• Prof. Dr. Ulrich Hackenberg, Vorstandsmitglied der AUDI AG,Technische Entwicklung:

„Dieses Showcar verkörpert unsere Entwicklungskompetenz und zeigt wegweisende

Elektronik-Features wie Hochleistungs-Laserlicht-Scheinwerfer.”

Der Audi Sport quattro laserlight concept erinnert an den klassischen Sport quattro von 1983 und

weist zugleich in die Zukunft – mit den jüngsten Technologien der Marke beim Plug-in-Hybridantrieb,

bei Bedienung und Anzeige sowie in der Lichttechnologie.

Audi Sport quattro laserlight concept – Frontansicht

den Klimatisierungseinstellungenauch Medien-Daten an.

Der Innenraum des Audi Sportquattro laserlight concept ist ganzauf den Fahrer fokussiert. Das Mul-tifunktions-Sportlenkrad deutet schondie künftigen sportlichen Serien-Lösungen an. Es trägt zweiTasten, mit denen der Fahrer denHybridantrieb beeinflussen kann,einen roten Start-Stop-Knopf,eine Taste für das Fahrdynamik-system Audi drive select und eine„View“-Taste zur Steuerung desAudi virtual cockpit. Auf dem großen Audi TFT-Dis-play sind alle wichtigen Informa-tionen in hochaufgelösten, drei-dimensional wirkenden Darstel-lungen zu sehen; ein topaktuellerTegra 30-Prozessor vom Audi-Partner Nvidia berechnet dieGrafiken. Der Fahrer kann zwi-schen unterschiedlichen Modiwechseln. So dominieren imMMI-Modus Anzeigen wie dieNavigationskarte oder die Medi-en-Listen und in der klassischenAnsicht treten der Tacho in denVordergrund. Fast alle Funktionen des AudiSport quattro laserlight conceptlassen sich mit dem weiterent-wickelten MMI-Terminal auf derKonsole des Mitteltunnels steu-ern. Sein großer Dreh-/Drück-steller, der auch als Touchpaddient, lässt sich in vier Richtun-gen schieben; vier Tasten – fürdas Hauptmenü, die Funktions-menüs, die Optionen und denRücksprung – umgeben ihn aufdrei Seiten.Die neue Bedienung korrespon-diert mit einer Menüstruktur, diemit ihrem intuitiven Charakter anein Smartphone erinnert. Allehäufig genutzten Funktionen las-sen sich blitzschnell erreichen.Für die meisten Eingaben sinddank einer neuen Freitextsuchenur wenige Schritte nötig; füreine Navigationsadresse genügen

Look des Audi Sport quattro laser-light concept ab. Die Schwellerver-breiterungen bestehen aus CFK,die Türgriffe fahren elektrisch aus,sobald man sich mit der Handnähert. Die Felgen im Fünf-Dop-pelspeichen-Design haben Zent-ralverschlüsse.

Im großzügig geschnittenen Inte-rieur des Showcars setzt sich dieLinie eleganter Sportlichkeit mitdunklen Grautönen und klarerLinienführung fort; Design undMaterialauswahl demonstrierendie Audi-Philosophie des Leicht-baus. Die schlanke Instrumenten-tafel erinnert von oben betrachtetan den Flügel eines Segelflug-zeugs. Eine CFK-Schale bildetdie Tragstruktur des Interieursund dient zugleich als Ablage inden Türen. Eine Linie unter der Windschutz-scheibe umschließt Fahrer und Bei-fahrer und bindet Funktionen wiedie Türöffner ein. Die Rennklapp-schalen mit ihren hohen Wangenund den integrierten Kopfstützensowie die beiden Fondsitze bietengemeinsam Platz für vier Personen.Die Klimabedienung ist in dieLuftausströmer integriert; Inten-sität, Temperatur und Luftstromlassen sich an einem Elementregeln. Das schlanke Display immittleren Ausströmer zeigt außer

49Audi Sport quattro laserlight concept

aus konvexen und konkaven Wöl-bungen definiert den athletischenCharakter des Coupés. Auch der sechseckige Singlefra-me-Grill gewährt einen Ausblickauf das künftige Design der sport-lichen Serienmodelle. Sein unte-rer Bereich steht nahezu senk-recht, der obere folgt dem Zugder Motorhaube; der Gitter-Ein-satz ist eine typische Lösung ausdem Rennsport. Der tief platzier-te Grill betont die Breite desShowcars. Je zwei große, vertikaleBlades gliedern die mächtigenLufteinlässe, sie werden formalvon den Sicken der Motorhaubeaufgegriffen. Der Splitter auskohlenstofffaserverstärktem Kunst-stoff (CFK) ist wie bei einemRennwagen weit nach vorn ge-schoben.Am Heck bestimmt die Kombina-tion aus flachem Glashaus undbreiten Schultern die Proportio-nen. Ein weiteres prägendes Ele-ment ist der stark nach obengezogene CFK-Diffusor. Seinoberer Bereich ist in Wabengit-ter-Optik gehalten, der untereschließt zwei große, ovale Abgas-Endrohre ein. Die Rückleuchten,auf einer schwarzen CFK-Blendegelegen, sind rechteckig geformt –ein weiteres quattro-Zitat. DerGepäckraum, den eine massiveQuerstrebe versteift, bietet 300Liter Volumen. Fein gezeichneteDetails runden den dynamischen

Audi Sport quattro laserlight concept – Heckansicht

Leichtbau sichtbar gemacht:Das Interieur

Neue Lösungen:Anzeige und Bedienung

zumeist vier Zeichen. Mit Multi-touch-Gesten auf dem Touchpadkann der Fahrer rasch in Listenscrollen oder das Kartenbild zoo-men. Die Sprachbedienung prä-sentiert sich ebenfalls intensivweiterentwickelt.

Der Plug-in-Hybridantrieb ver-leiht dem Audi Sport quattrolaserlight concept faszinierendeDynamik. Seine Systemleistungbeträgt 515 kW (700 PS), dasSystemdrehmoment 800 Nm; siegelangen über eine modifizierteAchtstufen-tiptronic auf denquattro-Antriebsstrang, der einSportdifferenzial an der Hinter-achse mitbringt. Im Mittel be-gnügt sich das Showcar nach der ein-schlägigen Verbrauchsnorm mit2,5 Liter Kraftstoff pro 100 km – eineCO2-Emission von 59 Grammpro km.Als Verbrennungsmotor dient einVierliter-V8 mit Biturbo-Aufla-dung; er mobilisiert 412 kW (560PS) und 700 Nm Drehmoment.Das System cylinder on demand(COD), das bei Teillast vierZylinder stilllegt, und ein Start-Stop-System machen den klang-vollen Achtzylinder sehr effizi-ent. Zwischen dem 4.0 TFSI unddem Getriebe ist ein scheibenför-

miger Elektromotor platziert, der110 kW und 400 Nm abgibt. Erbezieht seine Antriebsenergie auseiner Lithium-Ionen-Batterie imHeck, die 14,1 kWh speichert –genug für bis zu 50 km elektri-sche Fahrstrecke. Zum Ladendient eine Audi-Wallbox, die füroptimale Energiezufuhr sorgt. Ein intelligentes Managementregelt das Zusammenspiel derMotoren nach Bedarf. Der Fahrerkann zwischen drei Modiumschalten. Im EV-Modus arbei-tet allein der Elektromotor, mitseinem hohen Drehmomenttreibt er das Showcar auch außer-halb der Stadt kräftig an. Das akti-ve Fahrpedal signalisiert dem Fah-rer mit einem sich veränderndenWiderstand den Übergang in denHybridmodus, so dass er ihnbewusst steuern kann. Der Hybridmodus fokussiert sichauf das verbrauchsoptimale Zu-sammenspiel von TFSI und E-Maschine unter Nutzung vonUmfeld- und Streckendaten. DerFahrer kann die Betriebsstrategieüber die Hold- und Charge-Funktion im MMI gezielt beein-flussen, etwa, wenn er für dieletzten Kilometer am Zielortelektrische Energie zur Verfü-gung haben möchte. Das Fahr-dynamiksystem Audi drive selecthält weitere Regelmöglichkeiten

bereit – den einzelnen Fahrprofi-len sind unterschiedliche Stufender Rekuperation zugeordnet. Im Sportmodus legt die Betriebs-strategie den Antrieb auf maxi-male Leistung aus. Wenn der V8und die E-Maschine aus demStand heraus gemeinsam boosten,beschleunigt der Audi Sportquattro laserlight concept in 3,7 Se-kunden auf 100 km/h und weiterbis 305 km/h.

An dieser Dynamik hat auch dasLeichtbaukonzept von Audigroßen Anteil. In der Passagier-zelle werden höchstfeste Stahl-bleche und Strukturelemente ausAluminiumguss miteinander kom-biniert. Die Türen und Kotflügelbestehen aus Aluminium, das Dach,die Motorhaube und die Heckklappeaus CFK. Dadurch beschränktsich das Leergewicht inklusive desgroßen Batteriepakets auf 1.850 Kilo-gramm. Die Vorderachse setzt sich ausfünf Lenkern je Rad zusammen,die Hinterachse folgt dem spur-gesteuerten Trapezlenker-Prinzipvon Audi, damit sind Fahrdyna-mik und -stabilität garantiert. Straff abgestimmte Federn undDämpfer binden den Audi Sportquattro laserlight concept eng andie Straße an, Audi drive selectmacht das Fahrerlebnis noch viel-seitiger. Die Dynamiklenkung vari-iert ihre Übersetzung mit der ge-fahrenen Geschwindigkeit. DieBremssättel nehmen große Schei-ben aus Kohlefaser-Keramik indie Zange, das Reifenformat lau-tet 285/30 R 21.

Ansprechpartner:

Herr Josef SchloßmacherAUDI AGI/GP-P

D-85045 IngolstadtTel.: +49-841-89-33869Fax: +49-841-89-90786josef.schlossmacher@audi.dewww.audi.com

Kraftvoll und hocheffizient:Der Antrieb

Die Karosserieund das Fahrwerk

50 Audi Sport quattro laserlight concept

Audi Sport quattro laserlight concept – Audi virtual cockpit

eCarTec Munich 20146. Internationale Leitmesse für Elektro- & Hybrid-Mobilität

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In den nächsten Jahren wird einestark steigende Nachfrage nachHybrid- und Elektrofahrzeugenund den dafür benötigten elektri-schen Fahrantrieben erwartet. Diemeisten elektrischen Fahrantriebebasieren dabei auf Permanent-magneterregten Synchronmoto-ren (PSM). Die dafür benötigtenMagneten wiegen je nach An-triebskonzept 1 bis 3 Kilogramm.Fast ein Drittel davon entfällt aufMetalle der Seltenen Erden (SE),die bewirken, dass der Rotor seinMagnetfeld ohne externe Zufuhrvon elektrischem Strom dauerhaftbehält. Die für Hochleistungsmagnetevon kompakten und leichten Syn-chronmotoren erforderlichen un-verzichtbaren SE-Metalle werdennur an wenigen Lagerstätten derErde gewonnen. In Zukunftdroht daher eine weiter steigendeImportabhängigkeit von Regio-nen mit bedeutenden Abbauge-bieten für SE-Metalle. Im Jahr2011 stammten noch etwa 97%der Seltenen Erden aus derVolksrepublik China.Seine marktbeherrschende Stel-lung nutzt die Volksrepublikregelmäßig zur Durchsetzungeiner stark restriktiv geprägtenAusfuhrpolitik. Die Exportquotensind bereits mehrfach massiv ein-gegrenzt worden. Die Ankündi-gung weiterer Exportzölle undExportbeschränkungen im Jahr2011 führte schließlich zu einerbeispiellosen Eigendynamik anden globalen Rohstoffmärkten

und erheblichen Preissteigerun-gen. 2014 notieren die Preise Sel-tener Erden wie Neodym (Nd)oder Dysprosium (Dy) nach wievor weit über dem Niveau vonvor 2011, gegenüber den Höchst-ständen sind sie allerdings deut-lich zurückgegangen (siehe Abb. 1).Durch den vielfältigen Einsatz inHigh-Tech-Applikationen (Mobi-lität, Energiewende, Sicherheit,Komfort) wird die Nachfragenach Hochleistungsmagneten je-doch zwangsläufig weiter steigen.Auch in Zukunft sind daher wei-tere Preissteigerungen zu erwar-ten, wenn auch nicht in den dra-matischen Ausmaßen wie Ende2011.Um die Gefahr einer Abhängig-keit von diesen Rohstoffen undden damit verbundenen Regio-nen zu reduzieren und gleichzei-tig drohende Umweltbelastungenzu vermeiden, wurde eine Viel-zahl an Maßnahmen zur Sicher-ung der Verfügbarkeit der wichti-gen High-Tech-Rohstoffe ge-startet:

Erschließung neuerMinenfelder

Substitution von PSM durchdie Entwicklung magnetfreierAntriebslösungen

Entwicklung von Dy-freienMagnetlegierungen

Entwicklung von Recycling-strategien

Ressourcenschonende Wert-schöpfungsketten für Hoch-leistungsmagnete

Entgegen ihrer Bezeichnungkommen die „Seltene Erden“ inder Erdkruste durchaus häufigvor. Ausgedehnte Lagerstätten,die effizient und damit auchgewinnbringend erschlossen wer-den können, konzentrieren sichjedoch auf wenige Abbaugebiete.Die größten Vorkommen liegenin China in der Inneren Mongo-lei. Angesichts der Preisexzesseim Jahr 2011 wurde die Förde-rung der Seltenen Erden weltweitauch in weiteren Lagerstätten(wieder) hochgefahren. Die Vor-machtstellung als Hauptlieferanthat die Volksrepublik jedoch nochlange nicht eingebüßt. Der Pro-duktionsanteil liegt bei 92% (97%vor 2011), gefolgt von den USA(4,3%), Russland (2,3%) undMalaysia (1,3%). Der Aufwand zur (Wieder-)Erschließung von Minen wiebspw. im Bergwerk MountainPass im US-Bundesstaat Kalifor-nien durch den Betreiber Moly-corp oder im westaustralischenBergwerk Mount Weld durch dieFirma Lynas ist enorm. Die SE-Metalle kommen in ihrer reinenForm in der Natur nicht vor. Dashat die Folge, dass die teilsohnehin giftigen Metalle aufwen-dig mittels Säuren aus den Erzenausgewaschen werden müssen.

RessourcenschonendeWertschöpfungskettenfür Hochleistungsmagnete

52

Hochleistungsm

agnete

Erschließungneuer Minenfelder

chen Umweltproblematik durchden Abbau von SE-Metallenbesonders attraktiv. Im Bereichder elektrischen Fahrantriebewerden häufig PermanenterregteSynchronmotoren (PSM) wegenihrer Vorteile hinsichtlich Volu-men und Leistungsdichte bevor-zugt. Magnetfreie Asynchronmaschi-nen (ASM) fallen im Gegensatzdazu bei gleicher Leistung etwa10-15% schwerer und größer aus.Für künftige Asynchronmaschinenwird daher in aktuellen For-schungs- und Entwicklungspro-jekten versucht, die Leistungs-dichte sukzessive zu steigern, wiezum Beispiel durch neuartigeHochdrehzahlkonzepte (Leistungaus Drehzahl). Insgesamt ist eineDiversifizierung bei den Maschi-nenkonzepten zu erwarten. NebenPSM, ASM, und FESM (Frem-derregter Synchronmotor) laufenbspw. auch Förderprojekte zurEtablierung von magnetfreien Syn-chronreluktanzmotoren (SRM) alsTraktionsantriebe.

nen Materiallieferanten hin zumLieferanten von Hochleistungs-magneten, und letztendlich zumLieferanten von kompletten Pro-dukten mit Hochleistungsmagne-ten zu entwickeln. Die geringenPersonal- und Produktionskostentragen zusätzlich dazu bei. DieserProzess wäre analog zur aktuellenEntwicklung der petrochemi-schen Industrie der arabischenGolfstaaten die verstärkt nebender Förderung von Rohöl, dieHerstellung von Basischemikalienund letztendlich auch auf die Ver-arbeitung von Kunststoffgranulatzu Kunststoffprodukten in großenIndustrieparks setzen.

Es werden zudem Wege gesucht,um sich von der Abhängigkeitvon Seltenen Erden komplett zubefreien. Die Substitution istauch aufgrund der grundsätzli-

53Hochleistungsmagnete

Darüber hinaus liegen die SE-Metalle im Erz in der Regel auchneben radioaktiven Elementen,wie Uran und Thorium, vor. AlsHinterlassenschaft des Abbau-prozesses fällt schadstoffbelaste-ter Schlamm an. Die Komplexitätund die Risiken der ExtraktionSeltener Erden trugen insofernwesentlich dazu bei, dass 2011neben China praktisch weltweitan keinem Standort kompletteFörderungs- und Verarbeitungs-ketten existierten. Angesichts derhohen Investitionen in die Minenin den USA und Australien undder nach wie vor eindeutigenVorherrschaft von China ist nichtmit sinkenden Magnetpreisen zurechnen. Im Gegenteil, dieVolksrepublik versucht die Mono-polstellung im Rohstoffbereichzu nutzen, um die Ansiedlungvon Firmen, die Hightech-Pro-dukte mit Nd und Dy verarbeiten,zu fördern. Chinesische Unter-nehmen versuchen sich verstärktzunächst aus der Rolle eines rei-

Substitution von PSMdurch die Entwicklung

magnetfreierAntriebslösungen

Abb. 1: Preiskurven von Neodym(Nd)- und Dysprosium(Dy)-Oxid seit 2005

Mit steigender Temperatur sinktdie Magnetkraft von Permanent-magneten. Im Bereich der Hoch-leistungs-Nd-Magnete wird dahergezielt Dy (bis zu 10%) hinzuge-fügt, um die Hochtemperatursta-bilität der Magnete zu erhöhen.Kritisch ist Dy dabei vor allemdadurch, dass dieses SE-Metallfast ausschließlich in den chinesi-schen Minen in den ProvinzenJiangxi, Fujian und Guandongvorkommt. Derzeit werden daherverstärkt Forschungsanstrengun-gen unternommen, um Magnet-legierungen herzustellen, welchedie gleiche Leistung auch ohneoder zumindest mit vermindertenMengenanteilen an Dy (bspw. Dylediglich an Grenzflächen/Kristall-grenzen anreichern) erreichen.

Auch wenn die Suche nach ande-ren Bezugsquellen angelaufen istund Auswege sich abzeichnen,bleibt die Rückgewinnung ausElektromotoren eine weiterewichtige Option. Neben derHinwendung zu nicht-chinesi-schen Vorkommen wird der Blickauch immer stärker auf innovativeRecyclingverfahren zur Rückge-winnung von SE-Metallen, dieÜberführung in geschlosseneRohstoffkreisläufe und dem Auf-bau einer Kreislaufwirtschaft ge-lenkt. Bislang wird dieses Potenzialjedoch kaum ausgeschöpft und dieRückgewinnungsquoten der wert-vollen Magnetwerkstoffe sind nochmarginal.Dies liegt auch darin begründet,dass noch keine wirtschaftlich,technologisch und ökologischtragfähigen Lösungen im indust-riellen Maßstab zur Rückgewin-nung existieren, um eine effizien-te Rückführung als Sekundärroh-stoffe in die Elektromotorenferti-gung zu ermöglichen. Im Gegen-satz zu mechanischen Fertigungs-verfahren als hochautomatisierte

Universalprozesse sind die er-forderlichen Demontagevorgängefür Dauermagnetrotoren in derRegel produktspezifische Arbei-ten und damit vorwiegend Tätig-keiten, für die keine automatisier-baren Prozesse und Betriebsmit-tel für hohe Stückzahlen verfüg-bar sind. Eine manuelle Separie-rung der Elektromotormaterialienist jedoch am HochlohnstandortDeutschland wirtschaftlich nichtrealisierbar und wird demzufolgein der Regel nicht praktiziert. ZurUnterstützung bei der Rückge-winnung wertvoller Elektromo-tormaterialien ist daher die Ent-wicklung automatisierter Prozess-ketten erforderlich.Im Rahmen des BMBF-ProjektsMORE (Motor Recycling) inner-halb des Themenfelds „Schlüs-seltechnologien für die Elektro-mobilität“ (STROM) beteiligtsich die Forschungsgruppe Elekt-romaschinenbau (E|Drive-Cen-ter) des Lehrstuhls für Ferti-gungsautomatisierung und Pro-duktionssystematik (FAPS) derFriedrich-Alexander-UniversitätErlangen-Nürnberg (FAU) an derEntwicklung von Verfahren zurVerwertung der Permanent-magnete und insbesondere derdarin enthaltenen SE-Metalle(Abb. 2).

Neben dem wirtschaftlichen Re-cycling rückt auch der Umgangmit den werthaltigen Magnetma-terialien im Rahmen einer an-zustrebenden materialeffizientenProduktion in den Fokus. Dieerforderlichen Montageprozessefür Dauermagnetrotoren erfolgengerade bei geringen Stückzahlenbzw. einer hohen Produktvarianzin der Regel noch manuell, wasregelmäßig signifikante Ausschuss-raten zur Folge hat. Diese Pro-blematik wird zusätzlich durchden Trend speziell auf Produkteund Funktion angepasste Mate-rialkompositionen und -formender Magnete zu verwenden ver-schärft.Hierzu werden im E|Drive-Cen-ter des Lehrstuhls FAPS ressour-censchonende Wertschöpfungs-ketten für Hochleistungsmagneteentwickelt. Dabei wird die gesam-te Wertschöpfungskette des sprö-den Magnetmaterials von derAnlieferung bis zur Endprüfungder Magneten im Rotor adres-siert. Dies beinhaltet prozesssta-bile und stückzahlflexible Auto-matisierungslösungen für die Hand-habung und Zuführung, Montageund Fixierung der Magneten

54 Hochleistungsmagnete

Entwicklung von Dy-freien Magnetlegierungen

Entwicklung vonRecyclingstrategien

Abb. 2: Ofenstrecke zur thermischen Entmagnetisierung von Hochleistungsmagneten

RessourcenschonendeWertschöpfungsketten für

Hochleistungsmagnete

inklusive alternativer Magnetisie-rungsstrategien. Darüber hinauswerden Verfahren zur „In-Line“Qualitätssicherung, bspw. basierend

auf innovativen magnetooptischenVerfahren, zur gezielten Charakte-risierung und Fehlerdetektion ent-wickelt und erprobt (Abb. 3).

55Hochleistungsmagnete

Abb. 3:Magnetooptische Charakterisierung hartmagnetischer Materialien

Autoren:

Lehrstuhl für Fertigungsautomati-sierung und Produktionssystematik

Friedrich-Alexander-UniversitätErlangen-Nürnberg

Fürther Str. 246bD-90429 NürnbergTel.: +49 911 5302-9062Fax: +49 911 5302-9070tobias.klier@faps.uni-erlangen.dewww.faps.uni-erlangen.de

Dipl.-Ing.Tobias Klier

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Florian Risch

Der Trend in der Automobilindust-rie geht in zunehmendem Maße inRichtung Elektrifizierung der An-triebe. Während Fahrzeuge, welcherein elektrisch fahren, noch keinenbreiten Eingang in die Produktpalet-ten der Automobilhersteller gefun-den haben, existiert bereits einegewisse Bandbreite an Hybridfahr-zeugen, welche in größeren Serienproduziert werden. Eine besondereHerausforderung der Elektromobi-lität besteht in der Automatisierungder Herstellung. Dies fordert nichtnur von den OEM, sondern auch beiden Anlagenherstellern und Zulie-ferern die Entwicklung neuer An-lagen sowie Fertigungsprozesse. DasInstitut für Werkzeugmaschinenund Betriebswissenschaften (iwb)der Technischen Universität Mün-chen hat in den letzten Jahren imRahmen von zahlreichen Projektenneue Prozesse und Verfahren mitmaßgeschneiderten Lösungen fürdie Elektromobilität entwickelt. Einbesonderes Augenmerk liegt hierbeiauf Füge- und Trennverfahren fürdie Werkstoffe und Werkstoffkom-binationen, welche für Hochvolt-speicher und elektrische Antriebeeingesetzt werden. Im Folgen-den werden einzelne Fertigungs-schritte, die dabei gegebenen Her-ausforderungen und die entwickel-ten Lösungen zur Produktion vonLithium-Ionen-Hochvoltspeichernvorgestellt. Hierzu zählen der Be-schnitt von beschichteten Elektro-denfolien, das Kontaktieren vonmehreren Zellen zu Batteriemodu-len, das druckdichte Verschweißenvon Aluminium-Kühlplatten sowie

das Fügen von Aluminium undthermoplastischen glasfaserverstärktenKunststoffen für die Hülle des Hoch-voltspeichers.

Im Rahmen der vom BMBF geför-derten Forschungvorhaben ProLIZund ExZellTUM wird die automa-tisierte Produktion von Lithium-Ionen-Zellen am iwb in einer in-dustrienahen Produktionsanlage er-forscht. Hierzu müssen unter ande-rem Elektrodenfolien automatisiertzugeschnitten werden. Konventio-nelle Verfahren, wie beispielsweisedas Scherschneiden und das Stan-zen, weisen vor allem durch denWerkzeugverschleiß und die darausresultierende kontinuierliche Ab-nahme der Schnittkantenqualität biszum Standende Nachteile auf.Zudem sind die Verfahren aufgrundder Werkzeuge geometriegebundenund somit unflexibel. Das Remote-Laserstrahltrennen stellt in diesemZusammenhang ein alternativesVerfahren zum Konfektionieren von

Elektrodenfolien dar (Abb. 1). Eshandelt sich bei diesem um ein kon-taktloses und somit verschleißfreiesVerfahren, mit dem sich beliebigeZellformen fertigen lassen. DieLaserstrahlung verdampft das Elekt-rodenmaterial entlang der Schnitt-linie und ermöglicht einen lokaldefinierten Materialabtrag. Beson-dere Vorteile liegen in der hohenSchneidgeschwindigkeit, in der Ver-schleißfreiheit und in den gratfreienSchnittkanten. Herausforderungenfür diesen Prozess ergeben sichunter anderem durch die unter-schiedlichen Werkstoffeigenschaf-ten der einzelnen Bestandteile einerElektrodenfolie. So verdampft dieBeschichtung bereits bei einemdeutlich geringeren Energieeintragals das metallische Trägermaterial.Durch die auf diese Weise entste-hende Entschichtung der Metallfoliekann es zu Kurzschlüssen innerhalbder Batteriezelle kommen. Für einegute Schnittkantenqualität ist dahereine geeignete Prozessführung imHinblick auf den zeitlichen undräumlichen Energieeintrag entschei-dend. Der Trend, immer dickereBeschichtungen zu produzieren, um

Neue Werkstoffefür die Elektromobilität

erfordern angepassteFüge- und Trennverfahren

56

Ne

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Laserstrahlschneidenin der Batterieproduktion –

flexibler Beschnittvon Elektrodenfolien

Abb. 1: Laserstrahlschneiden von Elektrodenfolien

Kontakt. Fertigungszeiten vonweniger als einer Minute pro Bat-teriemodul können somit leichteingehalten werden. Damit stelltdas Fügeverfahren Laserstrahl-schweißen eine ausgezeichneteLösung dar, um elektrische Ver-bindungen mit höchster Leit-fähigkeit in Serienproduktion her-zustellen.

Im Rahmen des vom BMBFgeförderten Forschungsvorhabens„eProduction“ wird am iwb dasRührreibschweißen (engl. FrictionStir Welding – FSW) als neuarti-ges Verfahren zum Fügen vonKühlsystemen für Hochvoltspei-cher qualifiziert. Das betrachteteKühlkonzept sieht eine maximal5 mm dicke Kühlplatte aus Alumi-nium unterhalb des Batteriemodulsvor. Als integrale Komponenteder Batterie muss die Kühlplatteneben der Anforderung einerDichtigkeit bis 3 bar Innendruckauch Crashanforderungen genü-gen. Im Gegensatz zu konventio-nellen Schmelzschweißverfahrenkönnen diese Anforderungen mitdem Verfahren FSW vollständigerfüllt werden. Da während desProzesses keine schmelzflüssigePhase vorhanden ist, werdenPoren und Heißrisse vermieden,welche die Dichtigkeit der Füge-verbindung herabsetzen könnten.Durch die Prozesscharakteristikdes FSW wird die Duktilität desGrundwerkstoffs auch in derFügezone erhalten. Somit könnendie FSW-Schweißnähte im Crash-fall im Vergleich zu Schmelz-schweißnähten mehr Verformungs-energie absorbieren und bleibenbis zu einem höheren Deforma-tionsgrad dicht. Abb. 3 zeigt einemit dem DeltaN-Verfahren (FSWmit stationärer Schulter) gefügteKühlplatte. Wie anhand desQuerschliffs zu erkennen ist, sinddie Nähte absolut dicht undporenfrei.

geeignetste Verfahren wurde dasLaserstrahlschweißen identifiziert,durch welches sich aufgrund derstoffschlüssigen Verbindung guteelektrische Eigenschaften undniedrige Übergangswiderständeergeben. Mit Hilfe einer Scanner-optik können die Batteriezellenberührungslos verschweißt wer-den. Zudem bietet dieses Verfah-ren die Möglichkeit, die Geomet-rie der Schweißnähte frei einzu-stellen. Um die Batteriezellenwährend des Fügevorgangs nichtthermisch zu schädigen, ist esnotwendig, die Schweißnahtlängeund somit den Anbindungsquer-schnitt zu minimieren. Das iwbentwickelte eine Methode, beider ein genetischer Algorithmus,gekoppelt mit einer thermoelekt-rischen FEM-Simulation, in Op-timierungsschleifen die Geomet-rie der Schweißnaht berechnet.Somit kann trotz geringen An-bindungsquerschnitts eine hoheLeitfähigkeit der Verbindung er-reicht werden. Am Beispiel einesBatteriemoduls mit acht Lithium-Ionen-Zellen wurde die Methodeerprobt und die ermitteltenSchweißnahtgeometrien konntenerfolgreich bei der Kontaktierungumgesetzt werden. Abb. 2 zeigtein kontaktiertes Batteriemodulmit elektrisch optimierter Schweiß-nahtgeometrie. Die Prozesszeit be-trägt lediglich 0,9 Sekunden pro

57Neue Werkstoffe

die spezifische Energie einer Batte-riezelle zu steigern, vergrößert auchdie Herausforderungen beim Be-schnitt der Elektroden. Beim Tren-nen dieses Materials muss mehrEnergie aufgewendet werden, was zueiner größeren thermischen Schädi-gung entlang der Schnittkante führenkann. Gleichzeitig kann eine Beschä-digung auch durch die beim Trenn-vorgang entstehenden Partikel, wel-che sich auf der Elektrodenoberflächeabsetzten können, entstehen. For-schungsschwerpunkt ist daher dieQuantifizierung des Einflusses dieserEffekte auf die Qualitätsmerkmaleder fertigen Zelle mit dem Ziel, dieQualität zu maximieren.

Für den Einsatz in elektrifiziertenFahrzeugen werden mehrere Batte-riezellen zu einem Modul verschal-ten. Aufgrund der Vielzahl an Zel-len in einem Modul spielt die Ver-bindungstechnik der einzelnen Zel-len eine zentrale Rolle. Das iwbuntersucht dabei Fügeverfahren zurKontaktierung der Lithium-Ionen-Zellen, die den hohen Anforderun-gen für den Einsatz in Elektro- undHybridfahrzeugen entsprechen. ImRahmen eines Technologiescree-nings wurden unterschiedliche Ver-fahren bezüglich ihrer Eignung fürdas Fügen der elektrischen Kontaktemiteinander verglichen. Als das

Kontaktierung vonBatteriemodulen

Rührreibschweißenvon Kühlplatten für

Hochvoltspeicher

Abb. 2: Batteriemodul mit acht Lithium-Ionen-Zellen und elektrisch optimierterSchweißnahtgeometrie

Als Werkstoff für die Hülle desHochvoltspeichers bieten sichthermoplastische, faserverstärkteKunststoffe an. Diese zeichnensich insbesondere durch ihre fle-xible Formgebung und ihre hohespezifische Steifigkeit aus. Somiteignen sie sich, um strukturellenLeichtbau auch beim Hochvolt-speicher konsequent einzusetzen.Das Polymer muss an mehrerenStellen mit Bauteilen aus Alumi-nium verbunden werden. Hierfürwird üblicherweise auf die Verfah-ren Kleben, Nieten oder Schrau-ben zurückgegriffen. Diese Ver-fahren weisen mehrere Nachteileauf. Zum einen erfordern sieeinen hohen Vorbereitungsauf-wand und zum anderen genügen

sie bezüglich Taktzeit und Flexi-bilität häufig nicht den Anforde-rungen der Automobilindustrie.Das iwb untersucht aus diesemGrund die beiden laserbasierteFügeverfahren Laserdurchstrahl-schweißen sowie Wärmeleitungs-schweißen zum Fügen von Alu-minium mit (faserverstärkten)Kunststoffen, siehe Abb. 4. Beidiesen Verfahren entsteht einestoffschlüssige oder formschlüssi-ge Verbindung, indem die Kunst-stoffmatrix aufgeschmolzen wirdund unter Druck an dem metalli-schen Fügepartner abkühlt. DerLaser eignet sich in besondererWeise zur Wärmeeinbringung, daer eine sehr definierte Energiede-position auf der Bauteiloberflächeermöglicht. Das Laserdurchstrahl-schweißen ist dadurch charakteri-siert, dass die Laserstrahlung aufder Kunststoffseite einkoppelt

und die Metall-Kunststoff-Grenz-fläche in der Folge erwärmt wird,bis die Kunststoffmatrix schmilzt.Hierfür muss der Kunststofftransmittierend für das Laserlichtsein, was speziell bei faserver-stärkten Kunststoffen nicht mehrgewährleistet werden kann. DasWärmeleitungsschweißen hinge-gen kann unabhängig von derFaserverstärkung eingesetzt wer-den, da hier die Energie metallsei-tig eingekoppelt wird und durchWärmeleitung an die Metall-Kunststoff-Schnittstelle gelangt.Zur Verspannung der Bauteileeignen sich bei beiden Verfahrensowohl Masken als auch Gläser,die für das Laserlicht transparentsind. Eine Grundvoraussetzung füreine hohe Festigkeit der Kunst-stoff-Metall-Verbindung ist dieOberflächenvorbehandlung des me-

58 Neue Werkstoffe

Laserstrahlfügen vonthermoplastischen

faserverstärktenKunststoffen mit Metallen

Abb. 3: FSW-gefügte Kühlplatte – DeltaN-Verfahren mit stationärer Schulter (a); Querschliff (b)

Abb. 4: Laserdurchstrahlschweißen (a) und Wärmeleitungsschweißen mittels Laserstrahlung (b)

tallischen Fügepartners. AktuelleForschungsergebnisse zeigen, dassdurch die Vorbehandlung mittelsLaserstrahlung höhere Fügefestig-keiten als mit konventioneller Ober-flächenvorbehandlungen erreicht wer-den. Die Laservorbehandlung zeich-net sich zusätzlich dadurch aus, dasskeine giftigen Chemikalien einge-setzt werden sowie flexible Topo-graphien erzeugbar sind. Die her-stellbaren Strukturhöhen sind viel-fältig und reichen von millimeterho-hen makroskopischen Strukturen bishin zu Strukturen im Nanometerbe-reich. Das iwb untersucht die viel-versprechendsten Oberflächenstruk-turen (Abb. 5) hinsichtlich der In-dustrialisierbarkeit sowie der erreich-baren mechanischen Festigkeiten mitverschiedenen kurz- bis endlosfaser-verstärkten thermoplastischen Kunst-stoffen. Es zeigt sich, dass durch dasthermische Fügen hohe Zugfestig-keiten von bis zu 42 MPa erreichtwerden können. Die Verbindungs-festigkeit ist wiederum abhängig vonder eingesetzten Oberflächenstruk-tur sowie der Art und Zusammen-setzung des Kunststoffes.

Durch die neuen Werkstoffe undMaterialkombinationen, welche inder Elektromobilität eingesetzt wer-den, entstehen neue Herausforde-rungen an die Produktionstechnikund insbesondere an die Füge- unddie Trenntechnik. Am iwb werdenaus diesem Grund in einer Reihevon unterschiedlichen Forschungs-projekten flexible Verfahren ent-wickelt, um diesen Herausforderun-gen zu begegnen.

Diese Veröffentlichung basiert aufForschungsarbeiten folgender Pro-jekte, für deren Förderung sich dieAutoren bedanken:Flexibler Beschnitt von ElektrodenfolienForschungsprojekte ProLIZ undExZellTUM, gefördert vom Bun-desministerium für Bildung undForschung (BMBF).Kontaktierung von Batteriemodulenund Rührreibschweißen von Kühlplat-ten für HochvoltspeicherForschungsprojekt eProduction, ge-fördert vom Bundesministerium fürBildung und Forschung (BMBF).

59Neue Werkstoffe

Autoren:

Mitwirkende Autoren:

M.Sc. André HeckertDipl.-Ing. Andreas RothDipl.-Ing. Philipp SchmidtM.Sc. Patrick Schmitz

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Alexander FuchsInstitut für Werkzeugmaschinenund Betriebswissenschaften (iwb)Technische Universität München

Boltzmannstr. 1585748 GarchingTel.: 089/289-15537Fax: 089/289-15555Email: Alexander.Fuchs@iwb.tum.dehttp://www.iwb.tum.de

Zusammenfassung

Danksagung / Förderung

Abb. 5: Mittels Laserstrahlung erzeuge Oberflächenstrukturen: MakroskopischeStruktur (a); mikroskopische Struktur (b); nanoskopische Struktur (c)

Dipl.-Ing.Alexander Fuchs

Prof. Dr.-Ing.Michael F. Zäh

media mind GmbH & Co. KGHans-Bunte-Str. 5 · 80992 München

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Unser neues Domizil – am Fuße desO2-Towers gegenüber dem Olympia-Stadion –dort sind wir zuhause.

Sie bestehen aus Verstärkungs-fasern (hauptsächlich Glas oderCarbon), die möglichst belas-tungsgerecht in eine Matrix ein-gebettet werden. Hierbei kom-men duromere oder thermoplasti-sche Systeme zum Einsatz. DieEigenschaften und die Orientie-rung der Fasern sind insbesonderefür die mechanischen Eigenschaf-ten, die Matrix für die Tempera-tur- und Medienbeständigkeitzuständig. Da der Werkstoff quasierst während der Bauteilfertigungentsteht, sind die Zusammenhän-ge sehr komplex und das Zusam-menspiel zwischen Faser, Matrixund Prozesstechnik bestimmtletztendlich über die Leistungs-fähigkeit der Struktur. Die Eigen-schaften unterscheiden sich ganzgrundsätzlich von denen dermetallischen Werkstoffe. So kön-nen die Eigenschaften in Ab-hängigkeit von der Faserorientie-rung richtungsabhängig ein-gestellt werden (Anisotropie),außerdem weisen sie keine plasti-sche Verformung und nur einegeringe Bruchdehnung auf. Abbil-dung 1 zeigt einen Vergleich desgewichtsspezifischen Energieauf-nahmevermögens verschiedenerWerkstoffe. Bei einer entspre-chenden Gestaltung erreichenCarbonfaserverstärkte KunststoffeWerte von über 100 kJ/kg –

metallische Werkstoffe liegen bei20 bis 25 kJ/kg.Im Flugzeugbau und bei Nischen-fahrzeugen kommen Verbund-werkstoffe schon seit vielen Jah-ren zum Einsatz. Bei den in die-sen Anwendungsbereichen klei-nen Stückzahlen sind auch dievergleichsweise geringen Werk-zeugkosten von großem Vorteil.Airbus setzt beispielsweise schonseit den siebziger Jahren auf CFKfür Strukturbauteile. Erste Erfah-rungen sammelte man zunächstmit dem Seitenleitwerk des A300.Aktuelle Flugzeuge, wie der A350erreichen mit CFK-Rumpf und-Flügel einen Faserverbundanteilvon über 50%.Der Einsatz von Faserverbund-werkstoffen im Fahrzeugbau undRennsport hat ebenfalls schoneine sehr lange Tradition. Einerder Vorreiter war Lotus. Durchden konsequenten Einsatz vonFaserverstärkten Kunststoffen(damals noch mit Glasfasern)schon in den sechziger Jahrenkonnten die Fahrzeuge sowohl imStraßen- als auch im Rennsport-einsatz durch das überragendeHandling große Erfolge auchgegenüber viel höher motorisier-ten Konkurrenten erzielen. DieseTradition wird heute z.B. vonFerrari, Lamborghini, Porscheund McLaren weiter geführt.

Heute freilich mit dem konse-quenten Einsatz von Carbonfa-sern.Die Hauptmotivation für den Ein-satz von FVK im Fahrzeugbaubesteht jedoch neben demGewichtseinsparpotenzial in denguten Ermüdungseigenschaften,der geometrischen Gestaltungs-freiheit im Zusammenspiel miteinem hohen Integrationsgradsowie der Korrosionsbeständig-keit. Bei Elektrofahrzeugen spieltder Leichtbau zur Kompensationdes Batteriegewichts bzw. zurSteigerung der Reichweite einebesondere Rolle. Man ist hierauch bereit, wesentlich mehr fürden Leichtbau zu investieren.Während man bei herkömmlichenFahrzeugen nicht mehr als 5 Europro eingespartem Kilogrammansetzt, kann bei Elektrofahrzeu-gen mit mehr als 10 Euro gerech-net werden. Große Bedeutungkommt hierbei auch den funk-tionalen Eigenschaften von Faser-verbundwerkstoffen zu, z.B. zurOptimierung des Thermalmana-gements durch die guten Isolati-onseigenschaften.Eine Nutzung dieses Leichbau-potenzials im Großserienautomo-bilbau scheitert bisher vor alleman den hohen Werkstoff- undFertigungskosten sowie den vielzu langen Zykluszeiten. Ein wich-

Carbon Composites –Leichtbaufür die Elektromobilität

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Faserverstärkte Kunststoffe (FVK), insbesondere mit belastungsgerechter Carbonfaserverstärkung(CFK) bieten von allen Werkstoffsystemen das höchste Leichtbaupotenzial verbunden mit vielfältigenzusätzlichen Funktionalitäten. 25% Gewichtseinsparung gegenüber Aluminium und 60% gegenüberStahl wurden in vielen Anwendungsbeispielen nachgewiesen. Die Herausforderung besteht nun inder Industrialisierung der Technologie für einen Einsatz in den automobilen Gr0ßserien.

ren zur Verbesserung des Hand-lings oder zur Realisierung einerdreidimensionalen Faserverstär-kung. Diese führt zu einer hohenSchadenstoleranz sowie einerhohen strukturellen Integrität beiSchlagbeanspruchung.Bei allen Fertigungsverfahrenkommt dem Einsatz von Low-Cost Carbonfasern mit hohemTiter (50k und höher) großeBedeutung zu, da diese zum einenkostengünstiger sind und zumanderen eine höhere Produktivitätmit sich bringen. Um dennochgute mechanische Eigenschaftenzu erzielen, muss auf eine mög-lichst ondulationsarme, gespreizteAblage der Rovings im Textilpro-zess geachtet werden. In Abb. 1 ist der Textile „Bau-kasten“ dargestellt, der die Kom-bination der verschiedenen Textil-techniken zeigt. Sehr interessante Entwicklungenwerden derzeit auch in den Berei-chen Werkstofftechnologie (z.B.Snap-cure Harze), Imprägnier-und Aushärtetechnik (z.B. durchintegrierte Mikrowellenprozessie-rung mit Harzaufbereitung, Injekti-on und Aushärtung), Thermoplast-injektion und kontinuierliche Pul-trusion komplexer Profile verfolgt.Entscheidend für ein Verständnisder Werkstofftechnologie und der

keine kostengünstige Fertigungrealisieren. Im Flugzeugbau wurden in denletzten Jahren große Schritte inRichtung einer höheren Automa-tisierung unternommen, da auchhier der Kostendruck steigt unddie Stückzahlen zunehmen.Beispiele sind Tapelegeroboterfür duromere oder thermoplasti-sche Halbzeuge, die eine vielfachhöhere Legeleistung gegenüberdem manuellen Legen aufweisenund gleichzeitig eine größereReichweite haben, was für dieFertigung der Großbauteile fürRumpf- und Flügelstrukturenwichtig ist.Ein weiterer wichtiger Schritt istdie Einführung der Textiltechnikin Verbindung mit Harzinjekti-onsverfahren. Diese Technologiebietet neben einem hohen Auto-matisierungspotenzial auch dieMöglichkeit die Verstärkungsfa-sern belastungsgerecht und end-konturnah in sogenannten Pre-forms anzuordnen.Mit Multiaxialgelegen für flächigeStrukturen, Geflechten für Profileund Gesticken für lokale Verstär-kungen steht ein „Baukasten“ zurGestaltung komplexer Bauteilezur Verfügung. Einseitnähtechno-logien ermöglichen eine Verbin-dung der einzelnen Textilstruktu-

tiges Ziel besteht daher darin, diebisher durch große manuelleArbeitsanteile geprägte Fertigungzu automatisieren. Eine weiterewichtige Voraussetzung ist jedochauch, dass die gesamte Entwick-lungs- und Prozesskette auf diebesonderen Belange der Faserver-bundwerkstoffe ausgerichtet ist.Dies beginnt beim optimalenStrukturkonzept und endet beider Qualitätssicherung.Hierbei sind verschiedene Ein-stiegsszenarien denkbar – Hybri-disierung von Metall und CFK aufStrukturebene, Hybridisierung aufBauteilebene sowie Komplett-CFK Karosserien. Die letztge-nannte Variante bietet das höchsteLeichtbaupotenzial, stellt aberauch das höchste Risiko dar. DieHybridvarianten ermöglichen dielokal optimale Nutzung vonMetallen und Kunststoffen undeine vergleichsweise risikoarmeEinführung. Andererseits müssenhierfür Konzepte für die Hybrid-fügungen entwickelt werden. Zielmuss es in jedem Fall sein, faser-verbundgerechte Bauweisen undKonstruktionen zu entwickeln.Mit einer Nachahmung derMetallbauweise („Black-Metal-Design“) kann man das Eigen-schaftspotenzial der Verbund-werkstoffe nicht ausnutzen und

61Carbon Composites

Abb. 1: Textile Vorformlingtechnologien

Prozesstechnik ist die Prozesssi-mulation von der Werkstoffmo-dellierung bis zur Aushärtesimu-lation.Große Bedeutung kommt auchden Forschungs- und Entwick-lungsarbeiten zum in-service Ver-halten (z.B. Schadenserkennungund Verhalten bei Missbrauchslas-ten) und dem Recycling zu. Der-zeit wird stark auf die Pyrolysegesetzt, bei der die Matrix alsEnergielieferant dient und dieFasern wiedergewonnen werden.Ziel ist hierbei eine möglichstgeringe Degradation der Faserei-genschaften sowie eine optimaleWiederverwertung im Preform-prozess.Durch eine konsequente Umset-zung der Forschungs- und Ent-wicklungsergebnisse in die indu-strielle Fertigung ist der Einsatzvon Hochleistungsfaserverbund-

werkstoffen im Großserienfahr-zeugbau in greifbare Nähegerückt. Dies ist insbesondere vordem Hintergrund weiter steigen-der Systemgewichte durchHybrid- und Elektroantriebe vongroßer Bedeutung. Gerade dieElektrofahrzeuge bieten ein sehrinteressantes Einstiegsszenariofür CFK, da sie durch das neuar-tige Packaging völlig neue, faser-verbundgerechte Strukturkonzep-te ermöglichen.Abb. 2 zeigt exemplarisch diehochintegrierte Fahrgastzelle desRoding-Roadsters. Bedenkt man andererseits, dassein Kilogramm Carbonfasern fürautomobile Anwendungen heuterund 15 Euro kostet gegenüberwenigen Euro bei Stahl, wird diegroße Herausforderung für einenindustriellen Durchbruch deutlich,vor allem, wenn man in Betracht

zieht, dass ein weiterer großerKostentreiber bei den Prozesskos-ten liegt. Aktuelle Forschungsprojekte, z.B.im Spitzencluster MAI-Carbonzielen darauf ab, die Kosten entlangder gesamten Kette zu senken.Faserverbundgerechte Bauweisen,die gerade bei Elektrofahrzeugenohne die Packaging-Restriktionenvon Verbrennungsfahrzeugen mög-lich sind, automatisierte Prozesse„vom Roving zum Bauteil“ und dieenergieeffiziente Carbonfaserher-stellung sind nur einige Beispiele.Insbesondere die Verwendung ther-moplastischer Matrixsysteme ver-spricht große Fortschritte, auch inden Bereichen „Reparatur“ und„Recycling“. Somit ist davon auszugehen, dass sichCFK neben Stahl, Aluminium undMagnesium zu einem großserien-tauglichen Werkstoff für einen intel-ligenten Mischbau etablieren wird.

Abb. 2: Roding Integral-RTM-Zelle

Autor:

SGL Lehrstuhl für Carbon Compositesder Technischen UniversitätMünchen (TUM)

Boltzmannstr. 1585748 GarchingTel.: +49 (0)89 / 289-15087Fax: +49 (0)89 / 289-15097E-mail: drechsler@lcc.mw.tum.de

Prof. Dr.-Ing.Klaus Drechsler

Lehrstuhlleitung

62 Carbon Composites

MagazinreiheZukunftstechnologien in Bayern

Hans-Bunte-Str. 5 · 80992 München · Tel.: 089-23 55 57-3 · Fax: 089-23 55 57-47

E-mail: mail@media-mind.info

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