Wie lässt sich mit nachhaltigen Materialien eine Fahrzeug-Mittelkonsole realisieren, die wirtschaftliche Potenziale mit Klimaschutz, Ressourcen- und Energieeffizienz verbindet? Und die damit den Leichtbau zu weiteren Innovationen anstößt, der zu Deutschlands Schlüsselindustrien gehört?
Mit einer Lösung befassen sich die Akteure des „NaMiKo“-Projekts, das auf drei Jahre angelegt ist und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des „Technologietransfer-Programm Leichtbau“ gefördert wird. Partner sind die Automotive Management Consulting (AMC) GmbH, BMW M GmbH, CSI Entwicklungstechnik GmbH und die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF).
Die nachhaltige Mittelkonsole NaMiKo hat als Vorgängerprojekt den Ultraleichtbausitz (ULBS), der 2019 mit mehreren Awards ausgezeichnet wurde, und für den AMC, CSI sowie Alba tooling & engineering als Partner kooperierten (http://hier.pro/gl1gN). Während die Entwicklung des ULBS im Schwerpunkt auf maximale Material- und Gewichtsreduzierung zielte, stehen bei „NaMiKo“ zusätzlich der Einsatz von nachhaltigen Materialien und die Entwicklung serienfähiger Prozesstechnologien im Fokus.
Tragstruktur wiegt nur 800 g
Ein erstes Zwischenergebnis und erste Antworten wurden im April auf dem Leichtbau-Symposium von AMC präsentiert. Die als Design-Demonstrator vorgestellte Mittelkonsole besitzt eine Tragstruktur mit nur 800 g Gewicht. Sie wurde als Prototyp konzipiert und mit verschiedenen nachhaltigen Materialien hergestellt. Von Anfang an war daran gedacht, sie so zu entwickeln, dass OEM die Idee aufgreifen und die nachhaltige Komponente mit Serienprozessen produzieren können.
Raumwickeln mit biobasierten Fasern
Die Verwendung alternativer Rohstoffe, wie den Pflanzenfasern Rayon und Flachs, ist nur ein Baustein bei dieser Entwicklung. Eine Besonderheit bei der NaMiKo ist das abfallfreie und additive Fertigungsverfahren „xFK in 3D“, mit dem die skulpturartige Trägerstruktur realisiert wurde. Beim ‚xFK in 3D‘-Verfahren, das bereits beim ULBS zum Einsatz kam, handelt es sich um eine hochflexible Faserverbundtechnologie zum Wickeln von Bauteilen in den drei Dimensionen des Raums.
Sie führt zu nahezu beliebig gestaltbaren, ultraleichten Tragstrukturen und schont die Ressourcen: Die eingesetzten Fasern können gezielt in Richtung der Kraft- und Lastpfade gelegt werden, womit enorme Material-, Energie- und CO2-Einsparungspotenziale verbunden sind. Neu ist nun, dass Naturfasern bei der Mittelkonsole zum Einsatz kommen („xFK“ wird zu „NFK“).
Tests und Simulationen decken sich
Bei dem Projekt werden die Vorteile einer durchgängig digitalen Prozesskette deutlich. Bis zum Ende der Entwicklung kann bei der NaMiKo auf Prototypen verzichtet und damit die Verschwendung von Ressourcen vermieden werden. Jeder Entwicklungsschritt – von der Designfindung, über die Konstruktion bis zur Berechnung und Simulation – findet digital statt.
Wie weit ausgereift die digitale Prozesskette von CSI Entwicklungstechnik ist, lässt sich daran ablesen, dass die Hardwaretests mittlerweile nahezu zu 100 % deckungsgleich mit den digitalen Berechnungen sind.
Zuerst Analyse, dann Entwicklung
Entscheidend für die Auswahl der eingesetzten Materialien sowie der geeigneten Produktionsverfahren waren die Ergebnisse, die über das sogenannte „Frontloading“ gewonnen wurden. Dabei werden so früh wie möglich die in Bezug auf die Nachhaltigkeit schwächsten Glieder in der Prozesskette identifiziert, berücksichtigt und eliminiert. Denn je genauer ein Projekt in früher Phase geplant und analysiert wird, umso besser und preiswerter wird auch das Ergebnis.
Bei NaMiKo war ein zentrales Element des Frontloadings die „Sustainability Value Analyse“, die vom AMC-Team verantwortet wird. Mit diesem innovativen Management-Tool wurden vor dem eigentlichen Entwicklungsstart die ökologischen und ökonomischen Nachhaltigkeits-Kriterien ausbalanciert.
Aktuell: Vom Demonstrator zur Serie
Während es in den ersten sechs Monaten darum ging, ein Grobkonzept der nachhaltigen Mittelkonsole zu erstellen, kümmert sich das Projektteam in den kommenden zweieinhalb Jahren um die Details, die Optimierung der Prozesse, Verfahren und Materialkombinationen sowie die Industrialisierung der Mittelkonsole. Zum Beispiel wird untersucht, wie sich mit einem Software-basierten Wickelplan das Wickeln vollautomatisiert realisieren und beim folgenden Verpressen eine attraktive Oberfläche gestalten lässt. Eine Lackierung ist nicht vorgesehen, denn sie würde zusätzliche Ressourcen verbrauchen.
Smarte Textilien integrieren
Dazu müssen Berechnung und Simulation in Bezug auf die Einzelstränge und Knotenanalyse durch CSI verfeinert und die notwendigen Produktionswerkzeuge in Zusammenarbeit mit AMC und den DITF entwickelt und finalisiert werden. Außerdem ist geplant, zusätzlich „Smart Textiles“ in die Mittelkonsole zu integrieren – so entsteht die „NaMiKo Smart“.
Es liegen noch einige Herausforderungen vor den Projektpartnern. Aber im Blick auf das in nur sechs Monaten Erreichte besteht große Zuversicht für Projektphase 2. Und die Sicherheit: Das Ergebnis, das im August 2024 präsentiert werden wird, wird ein weiterer Leuchtturm in der Geschichte des Nachhaltigkeits-Leichtbaus sein. Dafür ist das Team bereit, jede Hürde zu nehmen.
