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Stahl für Elektro-Karosserien

Referenzstruktur – wie Stahl Elektroautos in Form bringt

Skalierbar und gewichtsoptimiert: herstellerunabhängige Leichtbaulösungen für die Elektromobilität

© Fotos: thyssenkrupp Steel

In der Initiative selectrify® bündelt thyssenkrupp Steel seine Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten rund um das Thema Elektromobilität. Wirtschaftliche Leichtbaulösungen für die Fahrzeugstruktur, hoch stabile Sicherheitsbatteriegehäuse und Elektroband für besonders effiziente elektrische Antriebsmotoren zeigen das enorme Potenzial innovativer Stahllösungen für Fahrzeuge mit Elektroantrieb.

„Stahl ist heute das wichtigste Leichtbaumaterial für die Automobilindustrie“, sagt André Matusczyk, CEO der Business Unit Automotive von thyssenkrupp Steel. „Mithilfe unserer Initiative selectrify® wollen wir unseren Kunden zeigen, dass der Werkstoff auch für Elektrofahrzeuge ein überlegenes Eigenschaftenprofil mitbringt.“

Angefangen bei einem konkurrenzlosen Preis-Leistungs-Verhältnis, was den Leichtbau der Fahrzeugstruktur und den Schutz der empfindlichen Batterie angeht, bis hin zu Stählen mit besonderen magnetischen Eigenschaften, ohne die kein Elektromotor funktioniert.

Andre Matusczyk

Stahl trägt dazu bei, Elektrofahrzeuge für die breite Masse bezahlbar zu machen.

André Matusczyk, CEO der Business Unit Automotive

Die weltweite Verfügbarkeit, etablierte Verarbeitungsprozesse und die hervorragende Reparatur- und Recyclingfähigkeit von Stahl machen es den Automobilbauern dabei leicht, neue Stahllösungen und -konzepte schnell in marktfähige Elektroautos zu integrieren. Matusczyk: „Stahl macht Elektromobilität leicht, sicher und trägt dazu bei, Elektrofahrzeuge aus der Nische hochpreisiger Kleinserienmodelle herauszuholen und für die breite Masse bezahlbar zu machen.“

selectrify® steht dabei auch für die aktive Rolle von thyssenkrupp Steel, wenn es gilt, seine Kunden bei der schnellen Umsetzung technologisch anspruchsvoller Anforderungen in die Großserie zu unterstützen.

E-Autos eine Form geben: die selectrify® -Referenzstruktur

Mit der selectrify® -Referenzstruktur stellt thyssenkrupp Steel seine Entwicklungskompetenz einmal mehr unter Beweis. „Bevor wir unsere Idee von einer herstellerneutralen Struktur eines Elektroautos umsetzen konnten, haben wir eine Vielzahl relevanter Kriterien des Zielfahrzeugs definiert – von den Abmessungen bis hin zur Reichweite", sagt Projektingenieur Andreas Breidenbach, der mit Kollegen aus unterschiedlichen Fachbereichen interdisziplinär zusammenarbeitet.

Das Ergebnis ist die virtuelle Struktur eines Elektrofahrzeugs der stückzahlstarken Kompaktklasse, das für praxistaugliche 500 Kilometer Reichweite ausgelegt ist und insgesamt fünf Insassen mit Gepäck Platz bietet. Ein umfangreiches Simulationsprogramm sichert die technische Machbarkeit der Neuentwicklung ab und gewährleistet, dass die Referenzstruktur den Anforderungen aus allen gängigen Crashtests entspricht. Instrumente und Methodik entsprechen dabei denen der Automobilentwickler, damit Ergebnisse sofort verglichen und Lösungen schnell in Serie gebracht werden können.

Die selectrify® Referenzstruktur basiert darüber hinaus auf einer flexiblen, in Längsrichtung skalierbaren Plattform. Hieraus können weitere Derivate und Fahrzeugklassen wie SUVs oder Coupés abgeleitet werden. „Das steigert die Wirtschaftlichkeit unserer Lösungen zusätzlich.“

Verbrennungsmotor raus, neues Design rein

Der Wegfall von konventionellen Verbrennungsmotoren mit Nebenaggregaten und Getrieben verändert auch die Konstruktion neu entwickelter Elektroautos grundlegend. Tendenziell wirkt der Vorderwagen aufgeräumter, das heißt die Notwendigkeit für geometrisch komplexe Tiefziehteile sinkt, der Einsatz einfacherer Strukturbauteile und Profile nimmt zu.

Die heute noch sehr schwere Batterie und das dadurch hohe Gesamtgewicht des Fahrzeugs stellen aber weiterhin hohe Anforderungen an die Festigkeit der eingesetzten Werkstoffe. Zum aufwendigen Schutz der Insassen bei einem Seitencrash kommt nun noch der Schutz der empfindlichen Batterie. Die akzeptable Intrusion sinkt im Batteriebereich quasi gegen null. Das erhöht Festigkeit und konstruktiven Aufwand bei Schweller, B-Säule und Umgebung.

Die Rede ist hier von längeren Radständen und kurzen Überhängen.

Andreas Breidenbach, Projektingenieur

Am auffälligsten sind die äußeren Veränderungen bei Purpose-Design-Elektrofahrzeugen, also Fahrzeugen die von Grund auf und ausschließlich für reinen Elektrobetrieb entwickelt werden: „Die Rede ist hier von längeren Radständen und kurzen Überhängen“, sagt Breidenbach. „Wir haben unser Werkstoffportfolio mit den neuen Anforderungen von Elektrofahrzeugen übereinandergelegt. Das Ergebnis zeigt, dass wir mit Stahl für die Elektromobilität schon heute gut aufgestellt sind und für alle Anforderungen die passenden Werkstoffe im Portfolio haben.“

Stahlwerkstoffe: in Zukunft noch fester

Doch die Entwicklung bleibt nicht stehen. Auf lange Sicht ist vorstellbar, dass sich der traditionelle Entwicklungsfokus insbesondere bei Kaltumformstählen von fest und dehnbar in Richtung höherer Festigkeit und wirtschaftlicherer Legierungskonzepte verlagert. Auch neuartige Umformtechnologien wie thyssenkrupp smartform® oder Hybridwerkstoffe werden in puncto Kosten und Performance von Stahlbauweisen neue Impulse setzen. Der Trend zu immer höheren Festigkeiten ist ungebrochen, weil sie sich besonders gut für gewichtsoptimierte und sichere Fahrzeuge eignen.

„Die lokalen Festigkeiten sind in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen. Ein enormer Zuwachs, den so keiner zu hoffen wagte“, sagt Breidenbach. Wieviel Potenzial in der Entwicklung von Stählen steckt wird klar, wenn man sich das breite Produktportfolio von thyssenkrupp Steel anschaut. Die Bandbreite geht allein bei den Dualphasen-Stählen über Festigkeiten von 500 MPa bis 1.200 MPa. Bei Stählen für die Warmumformung wie dem MBW® werden nach dem Presshärten gar Festigkeiten bis 2.000 MPa erzielt.

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