Lösungen für zukünftige Mobilitätsträger

Bei der Energieumwandlung von chemischer in elektrischer Energie und umgekehrt entsteht Wärme. Im Fall von Batterien kann diese Wärme die Zellen schädigen sowie deren Leistung und Lebensdauer reduzieren. Um dies zu verhindern, arbeitet das Fraunhofer-Proejktzentrum Wolfsburg an energieeffizienten Lösungen zur Temperierung über den Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM). Diese sind in der Lage, hohe Wärmemengen über den Phasenwechsel fest-flüssig zu speichern und umgekehrt wieder freizusetzen. Ihrem hohen Wärmespeicherpotenzial steht eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit entgegen.

Dabei werden die Latentwärmespeicher auf Paraffinbasis sowohl für Kühl-, als auch Heizszenarien untersucht und dabei anwendungsspezifisch auch mit weiteren Temperiersystemen komibiniert. Dabei werden die PCMs u. a. in Aluminiumschäume über Infiltrationsverfahren integriert. So entsteht ein Werkstoffverbund, der das Problem niedriger thermischer Leitfähigkeit des PCMs für dessen thermische Be- und Entladung löst. Gleichzeitig können in entsprechenden Anwendungen die hervorragenden strukturellen Eigenschaften des Aluminiumschaums, wie Energieabsorption und Schwingungsdämpfung, genutzt werden. Die vielfältige Messtechnik des Fraunhofer-Projektzentrums Wolfsburg wird auch hier zur thermischen und mechanischen Charakterisierung des multifunktionalen Werkstoffverbunds genutzt.

Als bisherige Anwendung ist die Temperierung von Batteriezellen, Batteriemodulen und Leistungselektronik zu nennen.

Schwerpunkte:

• Einsatz von Phase-Change-Materials (PCM) zur passiven Temperierung
• Entwicklung anwendungsgerechter Wärmeleitstrukturen, wie geschlossenzelligen Metallschäumen und Integration von PCM in diese Strukturen
• Integration von PCM-Systemen in aktive Temperiersysteme mit den Strategien: 

- Downsizing des aktiven Temperiersystems 

- Glättung thermischer Lastspitzen

- Erhöhung der Temperaturhomogenität

- Verhinderung / Verzögerung des thermischen Runways

Crash- und Intrusionsschutzstrukturen bieten hohes Leichtbaupotenzial. Das Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg fokussiert sich u. a. auf leichte Sandwichbauweisen mit Aluminiumschaumkernen. Diese ermöglichen ein hohes Energieabsorptionsvermögen, durch die Kompaktierung des metallischen Schaums. Im Vergleich zu Kunststoffschäumen zeichnen sich diese Schäume in ihren Eigenschaften durch thermische Leitfähigkeit, elektromagnetische Abschirmung und Feuerbeständigkeit besonders aus. Zudem werden crashgeeignete Leichtbauprofile sowie effiziente Prozessgestaltungen zur lokalen Verstärkung metallischer Bauteile mittels FKV untersucht.

Ein Forschungsgegenstand ist dabei u. a. der Schutz batterieelektrischer Systeme basierend auf Aluminiumschaumsandwich-Unterbodenstrukturen sowie seitlich umgebenden Profilen.

Neben der dynamischen mechanischen Auslegung führt das Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg auch die messtechnische Ermittlung ausgewählter Kennwerte durch. 

Schwerpunkte:

• Intrusionsschutz von Unterbodenkomponenten bzw. batterieelektrischen Systemen durch den Einsatz von Leichtbauwerkstoffen, wie Aluminiumschaumsandwichstrukturen
• Lastpfadgerechte Energieabsorptionsstrukturen aus FKV/Metallhybriden
• Lokale Verstärkung metallischer Bauteile mit FKV-Patches

Die Gestaltung des Interieurs in mobilen Anwendungen ist entscheidend für die Akzeptanz beim Kunden. Die Bedeutung steigt mit der Nutzungsintensität und der Digitalisierung von Fahrzeugen weiter deutlich an. Im Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg wird dieses Thema mit Fokus auf Anwendungen in Automobilen, Schiffen, Schienenfahrzeugen sowie Luft- und Raumfahrtschiffen adressiert.

Bei allen Fortbewegungsmitteln werden steigende Anforderungen an Nachhaltigkeit und CO2-Reduktion bzw. -Neutralität einen massiven Einfluss auf die Fahrzeuge insgesamt und damit auch das Interieur haben. Der Einsatz biobasierter Werkstoffe, energieeffizienter Fertigungsverfahren und multifunktionaler, smarter Bauteile wird in Zukunft stärker im Vordergrund stehen.

Im Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg werden ganzheitliche Lösungen im Zusammenspiel von Materialentwicklung, Fertigungstechnologien, Produktionstechnik, Kreislaufwirtschaft und LCA erarbeitet. In unsere Lösungsansätze werden grundsätzlich auch Fragestellungen bzgl. Stückzahl, Bauteilgröße, HMI oder Brandschutz mit einbezogen.

Ansätze für ein mobiles Interieur:

• Funktionale Schichten für die Automobilindustrie
  
• Leder für Armaturenbrett
• Veganes Lederimitat
• Geruchsverhalten und Beschichtungen von Naturfaserbauteilen im Automobil
• Dekoschichten auf Kunststoffteilen, Holz, Metall und Stoffen (z. B. Lüftungsgitter)
• Innenraumdekontamination
• Lichtleiterintegration in Verbundstruktur
• Integration von Sensoren zur Zustandsüberwachung im (autonomen) Fahrzeug
• Sensoren, Aktoren und Displays zur Interaktion mit dem Nutzer / Insassen
• Schadenstolerantes und leicht wechselbares Interieur
• Sensitive Oberflächen
• Individualisierbare, schaltbare Oberflächen

Autonomes Fahren gehört neben der Umstellung auf alternative und umweltfreundliche Antriebe zu den Zukunftsthemen der Automobilindustrie. Unabdingbar für autonom fahrende Fahrzeuge ist die Erkennung der Umgebung. Hierfür werden verschiedene Technologien eingesetzt, wie z. B. die Radar- und Lidarsensorentechnik. Die Sensoren werden hierbei sowohl zum Schutz vor Umgebungseinflüssen als auch aus optischen Gründen mit Kunststoffblenden verkleidet. Diese Blenden und insbesondere die Lacke, die aufgebracht sind, beeinflussen jedoch die Signale.

Das Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg bietet hier die Möglichkeit, durch die Herstellung verschiedener Probekörper den Einfluss von Kunststoffblenden mit diversen Lacken auf das Radarsignal zu untersuchen. Entscheidend für die Einflüsse auf die Signale sind die verwendeten Farbpigmente und die Konzentration dieser. Im Bereich der Radartechnik können insbesondere metallische Farbpigmente das Signal beeinflussen.

Zunehmende Bedeutung gewinnt das Thema Elektromobilität auch in der Gießereitechnologie und damit verbunden der Entwicklung neuer Gusskomponenten. Im Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg findet die Entwicklung und Erprobung neuer Gießkonzepte und Konstruktionsweisen für Bauteile des Elektromotors besondere Beachtung. Auch Anforderungen für eine spätere Übertragbarkeit in die Serienfertigung werden dabei berücksichtigt.

Im Vordergrund steht beispielsweise das Eingießen von Rohr- oder Hohlstrukturen in Gehäuse zur Kühlung von Elektromotoren, Batterien oder der Leistungselektronik. Weiterhin werden Maßnahmen zur Optimierung von gegossenen Rotoren erarbeitet. Ganz neue Möglichkeiten zur Leistungssteigerung ermöglicht das Konzept der gegossenen Spule gegenüber konventionell gewickelten Drahtspulen.

Durch eine interdisziplinäre, enge Zusammenarbeit der Mitglieder des Fraunhofer-Projektzentrums Wolfsburg entsteht eine optimale Know-how-Konstellation, die eine gesamtheitliche Betrachtung von fertigungstechnischen Aspekten mit gießtechnischem Schwerpunkt, konstruktiver Gestaltung und elektromagnetischer Auslegung zur erfolgreichen Herstellung von Komponenten für elektrische Antriebe ermöglicht.

Ansätze für alternative Antriebe:

• Gussteile für elektrische Antriebe
• Gegossene Spulen aus Aluminium und Kupfer