Flexibler Karosseriebaukasten für Elektrofahrzeuge der Zukunft

FlexBody

24. Januar 2018 | Engineering Service

Ein neues Elektrofahrzeug (EV) auf den Markt zu bringen stellt insbesondere neue OEMs vor vielfältige Herausforderungen. Eine der größten ist dabei die Entwicklung und Herstellung der Fahrzeugkarosserie. Mit dem FlexBody stellen FEV und Imperia für kleine bis mittlere Fahrzeug-Produktionsvolumen einen Baukasten zur Verfügung, welcher dem OEM ermöglicht in kürzester Entwicklungszeit eine auf Zielkosten optimierte Leichtbaukarosserie in profillastiger Bauweise für sein individuelles Zielfahrzeug umzusetzen.

 

Für sogenannte Purpose-EV sind konventionelle, selbstragende Karosserien in Stahl- oder Aluminiumblech auf Grund der sehr hohen Vorabinvestitionen wirtschaftlich nicht darstellbar. Ebenfalls ist üblicherweise ein aufwändiger Entwicklungsprozess bis hin zur Serienreife zu bewältigen, wodurch viel Zeit bis zur Markteinführung benötigt wird.

 

FlexBody ist ein frei konfektionierbarer Karosserie-Struktur-Baukasten, welcher von Imperia zusammen mit Partnern aus Forschung und Produktion entwickelt wurde, um Karosserien auf technisch hohem Niveau zu attraktiven Kosten entwickeln und produzieren zu können.
Im Vergleich zur selbsttragenden Karosserie sowie dem klassischen Space Frame überzeugt der FlexBody durch sehr niedrige Investitionen und ist insbesondere bei jährlichen Produktionsvolumina von unter 10.000 Stück sehr attraktiv.

 

Im Vergleich zur selbsttragenden Karosserie sowie dem klassischen Space Frame überzeugt der FlexBody durch sehr niedrige Investitionen und ist insbesondere bei jährlichen Produktionsvolumina von unter 10.000 Stück sehr attraktiv.

Das Prinzip des FlexBody

Eine FlexBody-Karosseriestruktur eignet sich insbesondere für den sogenannten Multi-Material-Body, also Karosserien, die in Multi-Material-Mischbauweise entstehen. Sie besteht aus Profilen, welche mit Hilfe struktureller „Knoten“, unter Anwendung eines geeigneten Fügeverfahrens verbunden werden.
Um nach dem Kosten-Nutzen-Verhältnis schnell eine optimale Kombination der Werkstoffe und Bauweisen zu finden, ist beim FlexBody eine umfangreiche Wissensbasis zu stückzahlabhängigen Kosten der einzelnen Fertigungstechnologien hinterlegt. Dabei werden nur solche Fertigungsverfahren berücksichtigt, welche geringe Investitionskosten verursachen. Dies wird von einer analytischen Vorabschätzung der auftretenden Beanspruchungen z.B. hinsichtlich Crash-Performance und Steifigkeiten begleitet. Somit kann schon beim ersten Strukturentwurf ein hoher Reifegrad erreicht werden, mit dem anschließend die virtuelle Absicherung gestartet wird. Durch diese Methodik wird der Entwicklungsprozess gegenüber der klassischen Serienentwicklung deutlich verkürzt.

 

Technologiemix

Neben klassischen Herstellungsverfahren, die für die Profile und Knoten genutzt werden, sind auch neue Herstellungsverfahren wie „Industial Origami“ und Hybridguss für den Einsatz im FlexBody entwickelt worden.
Industrial Origami ist eine Blechbauweise, mittels derer sich vergleichsweise komplexe geometrische Formen zur Herstellung der Profile und Knoten realisieren lassen. In Anlehnung an die asiatische Papierfalttechnik, werden mittels Laser für den Platinenbeschnitt und die Fügeoperationen Strukturen aus einer Mischung von Falt- und einfachen Einzelblechen geometrisch bedarfsgerecht sowie mit unterschiedlichen Wandstärken erzeugt. Zudem können im Besonderen hochfeste bis hin zu ultrahochfesten Stahlgüten verwendet werden, die aufgrund mangelnder Verfügbarkeit sonst nur in Großserien zu finden sind. Ebenfalls sind Origami-Ausführungen in Aluminium möglich.

 

Der Hybridguss ist ein innovatives Verfahren für die Fertigung der Knoten. Die zu verbindenden Profile unterschiedlichen Materials werden mit umgossen und sind entsprechend direkt mit den hochintegrativen Strukturgussknoten gefügt.

 

Mit Hilfe einer intelliginten Multi-Materialbauweise lassen sich Funktions- und Leichtbauanforderungen für Fahrzeuge in kleinen und mittleren Stückzahlen erreichen.

>>DAS FLEXBODY PRODUKTIONSKONZEPT IST INSBESONDERE FÜR KLEINERE BIS MITTLERE STÜCKZAHLEN AUSGELEGT

 

Gegenüber der klassischen Serienentwicklung deutlich verkürzter Entwicklungsprozess

 

Produktionskonzept

Auch das Produktionskonzept ist insbesondere für kleinere bis mittlere Stückzahlen ausgelegt. Gezielte Bauteilbeschichtungen statt großserienüblichem KTL-Prozess der Gesamtkarosserie sparen Zeit und Kosten.
Statt in vielen einzelnen Zusammenbaugruppen (ZSBs) mit jeweils notwendigen Vorrichtungen findet der komplette Zusammenbau aller Profile und Knoten in der „Singleshot Fixture“ statt.

 

Ein spezielles Toleranzkonzept begleitet den Montageprozess. Mit nur einer „Singleshot-Fixture“ können im 3-Schichtbetrieb bis ca. 7.000 Karosserien pro Jahr gefertigt werden. Dabei ist dieses Produktionskonzept einfach skalierbar, indem zur Erhöhung des Produktionsvolumens weitere Vorrichtungen parallel betrieben werden.
Das Fügen der Bauteile kann vorrangig mittels Injektionskleben erfolgen. Dabei wird der kalt- oder warmaushärtende Strukturklebstoff in dedizierte Hohlräume der ineinander gesteckten Profile und Knoten injiziert. Der Hohlraum zwischen den gesteckten Bauteilen bildet quasi eine Kavität, welche den Klebstoff aufnimmt. Neben dem Multi-Materialmix wird so auch ein Toleranzausgleich ermöglicht. Durch die Singleshot-Fixture wird die Positionierung der Teile in vorgegebenen Toleranzen sichergestellt. Die Klebeabdichtung der inneren als auch äußeren Übergangsstellen wird durch spezielle Vorrichtungen und eine konstruktive Wissensbasis sichergestellt.

 

Neben klassischen Herstellungsverfahren für die Profile und Knoten sind auch neue Herstellungsverfahren wie „Industial Origami“ (links) und Hybridguss entwickelt worden. Das Injektionskleben (rechts) ermöglicht Materialmix und Toleranzausgleich

Die „Innofix Singleshot Fixture“ ermöglicht den Zusammenbau der kompletten Karosseriestruktur in einem Schritt

Zusammenfassung

Der FlexBody Karosseriebaukasten ist ein neues Produkt, das den kompletten Prozess von der Entwicklung bis hin zur Serienproduktion leichter Karosserien für Elektrofahrzeuge in kleinen und mittleren Stückzahlen abdeckt. Besondere Highlights sind die eigens entwickelte Methodik, Bauweisen und Produktionstechnologien, wodurch sich dieser deutlich von konventionellen Bauweisen abhebt.

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