Einsatz von Produktionstechnologien zur signifikanten Steigerung der Energieeffizienz von Fahrzeugantriebssträngen in der Herstellungs- und Nutzungsphase

Mobilität ist eines der wichtigsten Bedürfnisse unserer Gesellschaft. Insbesondere dem Individualverkehr durch Personenkraftfahrzeuge kommt hierbei hohe Bedeutung zu. Den positiven Aspekten der heutigen Mobilität steht das durch Verbrennungsprozesse freigesetzte CO2 gegenüber. Nach einer Statistik des Umweltbundesamts betrugen die Emissionen des Verkehrs in Deutschland im Jahr 2014 160 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent. Dies entspricht 18 % der deutschen Treibhausgasemissionen. Zugleich trägt auch die Produktion immer aufwändigerer Fahrzeugkomponenten erheblich zum Energie- und Ressourcenverbrauch bei. So entfielen in 2012 11,2 % (29,4 Mio. Tonnen CO2) des gesamtdeutschen Stromverbrauchs auf die Metallerzeugung und -bearbeitung und 6,0 % (15,8 Mio. Tonnen CO2) auf den Maschinen- und Fahrzeugbau.

In der Produktnutzungsphase von Fahrzeugen besteht gegenwärtig das größte Potenzial für weitere Einsparungen in der konsequenten Umsetzung von Forschungsergebnissen zur Reibungsreduktion und zum Leichtbau. Beispielsweise lässt sich die Topografie durch das Einbringen von Mikroschmiertaschen gezielt beeinflussen, wodurch die Reibarbeit um bis zu 7 % reduziert wird. Das Einbringen von Eigenspannungen steigert die Festigkeit. Somit können Bauteile bei gleicher Festigkeit kleiner und leichter ausgeführt werden. Lokal angepasste und hybride Werkstoffkonzepte unterstützen den Leichtbau von Komponenten. Die Überführung der prototypisch nachgewiesenen Ansätze in die industrielle Praxis erfordert allerdings produktive und prozesssichere Fertigungstechnologien. Gleichzeitig zeigen Studien, dass in der Fertigungstechnik selbst Energie- und Ressourceneinsparungen von 10 – 40 % möglich sind. Über den Gesamtlebenszyklus kommt der Fertigungstechnik somit eine Schlüsselrolle für die Bereitstellung einer energie- und ressourceneffizienten Mobilität zu.

Im beantragten Vorhaben werden vier Antriebsstrangkomponenten aufgrund ihres hohen Potenzials zum Transfer grundlegender Forschungsergebnisse zur Reibungsreduktion und zum Leichtbau ausgewählt (Zylinderlaufbuchse, Profilwelle, Gelenkwelle und Pumpe des Lenkungssystems). Zur Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz in der Herstellung der Bauteile werden in Kooperation mit namhaften Industrieunternehmen innovative Prozessketten entwickelt, sodass eine effiziente Fertigung der Komponenten mit einer gezielten Erhöhung der Effizienz in ihrem Betrieb gekoppelt wird. Zur Steigerung der Flexibilität wird eine Komplettbearbeitung auf Bearbeitungszentren angestrebt. Durch die Integration von Informations- und Kommunikationstechnologien in die Prozessketten wird eine Prozesskettenregelung aufgebaut und so Ausschuss reduziert. Dies liefert einen wichtigen Beitrag zur Schonung von Ressourcen in Produktionssystemen. Weiterführend wird eine Methode zur Online-Analyse ökologischer Kennwerte entwickelt, um den Einfluss von Veränderungen in Produktionssystemen auf die Energie- und Ressourceneffizienz transparent bewerten zu können.

Das Hauptziel des Vorhabens ist eine signifikante Steigerung der Energieeffizienz von Fahrzeugantriebssträngen in der Herstellungs- und Nutzungsphase durch produktive, prozesssichere und ressourceneffiziente Produktionstechnologien. Hierdurch wird es möglich sein, bestehende grundlegende Ansätze zur Senkung des CO2-Ausstoßes industriell zu realisieren und so einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.