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e´moMit Leichtigkeit zum Ziel
Dätwyler Engineering DayProf. Dr. Markus Henne
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Inhalt der Präsentation
• Einleitung
• Konzept
• Kosteneffizienter Leichtbau
• Making of ...
• Ausblick
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Top down Approach
Ökologie? Technologieträger
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NZZ am Sonntag vom 30.November 2008
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Marktentwicklung weltweit
Artikel VDI Nachrichten 8.August 2008Elektrofahrzeuge• 2008: 10‘000 Stk.• 2015: 42‘000 Stk.
CAR-Studie FH Gelsenkirchen
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Vision
• Wir wollen zeitgemässe Mobilität für den individuellen Nahverkehr schaffen.
• Ein kleines, leichtes Fahrzeug, sehr energieeffizient und umweltfreundlich, ohne Abstriche bei der Alltagstauglichkeit oder der Sicherheit, praktisch und handlich, cool und sexy, und erst nocherschwinglich für jedermann und jede Frau. Ein Fahrzeug wie es der Markt heute noch nicht kennt.
• Wir wollen neue Wege gehen ohne Spuren zu hinterlassen.
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Entwicklung eines ganzjährig einsetzbaren Elektro-Leichtfahrzeuges:Optimale Manövrierfähigkeit, gute Ein- und Aussteigemöglichkeiten, genügend Transportkapazität und ausreichende Reichweite im urbanen Umfeld, Witterungsschutz mit der Möglichkeit den Fahrgastraum zu beheizen.
Konzept
• Ökonomisch: Günstiger in der Anschaffung und im Betrieb als herkömmliche Automobile.
• Flexibel: Agil zum Manövrieren in einem urbanen, engen Umfeld.
• Ökologisch: Sehr wenig Lärm- und Schadstoffemissionen. Mit gutem Gewissen Auto fahren.
• Sicher: Besserer Schutz als Fahrräder, Mopeds oder Motorräder dank Sicherheitszelle.
StauffacherBenz
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Märkte & Kundengruppen• Ökologisch Gesinnte, welche mit dem Elektromobil Autokilometer ersetzen
möchten und so einen Beitrag zum Umweltschutz leisten• Technikverliebte, welche sich mit dem Elektromobil einen Traum erfüllen• Gutsituierte, welche sich zusätzlich ein Alternativfahrzeug leisten möchten • Invalide und ältere Menschen (altersbedingte Immobilität)• Derivate als Transportfahrzeuge im privaten und öffentlichen Dienst (Post,
autofreie Gebiete)
Fazit: Zwischen Fahrrad, Motorrad und Automobil ist eine Nische für Elektro-Leichtfahrzeuge mit beschränkter Reichweite vorhanden.
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Vergleich mit bestehenden ElektrofahrzeugenAlle bisherigen Elektrofahrzeugprojekte sind am hohen Anschaffungspreis, ungenügender Alltagstauglichkeit und teilweise verfehlter Konzepte desFahrzeuges gescheitert.
* Alltagstauglichkeit: Fahrkomfort, Ein-/Ausstieg, Witterungsschutz# Umgerüstete Kleinfahrzeuge von verschiedenen grossen Fahrzeugherstellern
*
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Verkehrszwecke 2005
17.2
45.2
89.6
2.8
17.1
ArbeitAusbildungEinkaufFreizeitGewerbeÜbrige
Anteile bezogen auf die Jahresmobilität im In- und Ausland. Personen an 6 Jahren. Quelle: Bundesamt für Statistik
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Anwender- & Kundennutzen• Urbaner Personentransport
Von Zuhause ins Geschäft – Nach dem Einkaufen die Kinder von der Schule abholen – Zum Kaffee zur Freundin – Am Feierabend zum Sportverein – Entspannt mobil sein (Kein Lärm / Vibrationen)
• SpassmobilMit dem Hund ins Grüne – Eine Spritztour mit gutem Gewissen – Durch die Landschaft gondeln und dabei die Ruhe geniessen
• TransportfahrzeugDer Wochenend-Einkauf – Die Wäsche in die Reinigung – Zur Abfallentsorgungsstelle – In die Gärtnerei – Zum Biomarkt
• Invalidenfahrzeug (?)Unabhängig mobil sein – Am Wochenende eine Ausfahrt machen – Selber zum Arbeitsort fahren – Freunde treffen
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Gesellschaftlicher Nutzen
• Sehr wenig Energieverbrauch im Betrieb (innerorts ca. 5kW)
• Keine Lärmemissionen
• Keine lokalen Schadstoffemissionen
• Defensives Fahrverhalten durch beschränkte Motorleistung
• Weniger Unfälle
• Sehr guter Fussgängerschutz (EU Regulationen)
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Pflichtenheft
Scheiben vorne und hintenBremssystemLi-Ionen BatterienEnergiespeicherRadnabenmotoren, offenes DifferentialAntriebsart 2 Synchronmotoren / 7 kWElektromotoren / Maximale Leistung Sandwich PlattenbauweiseKarosserie2 Türen & Heckklappe / 4 RäderAnzahl Türen / Räder
100 km, je nach Anzahl BatterienReichweite80 km/hMaximale Geschwindigkeit
3 Erwachsene + GepäckAnzahl Plätze & Stauraum273 x 150 x 150 cm / 350 kgAbmessungen (l x b x h) / LeergewichtKleinmotorfahrzeug (VTS Art. 136)Fahrzeugkategorie
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Leichtbau
singmmmb2vcAfgmF rot
2
WLuftRW
Motivation für Leichtbaulösungen:• Energieverbrauch reduzieren• Schwerpunkt möglichst tief• Achslasten gleich gross
Kosteneffiziente Leichtbaulösungen
Leichtbauspirale
Fahrwerk &Karosserie
Fahrleistung
Motorisierung Gesamtmasse
Batterien
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Kosteneffizienter Leichtbau
Ziel:• Stückzahlen: Einige hundert bis wenige tausend Fahrzeuge• Anspruch: Seriennahes Fahrzeug, keine Studie!• Produktionsstandort Schweiz
Anforderungen an …
A. Bauweise: einfach (!)
B. Materialien: bekannt, verfügbar, kostengünstig
C. Fertigung: zuverlässig, beherrschbar, robust
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Trend - Multimaterialbauweise
Quelle: Volkswagen 2002
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Werkstoffanteile
Quelle: Prof. Dr. R. Haldenwanger: Komplexität des Leichbaus im Pkw
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Kostenstruktur von Elektrofahrzeugen
Massnahmen, um die Gesamtkosten des Fahrzeuges niedrig zu halten:
1. Durch ausgeprägten Leichtbau den Energiebedarf und somit den Batterieanteil tief zu halten
2. Kosten durch einfache Konstruktionen zu minimieren.
Verschiedenes10%
Interieur5%
Batterien50%
Antriebsstrang20%
Karosserie10%
Chassis5%
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Making of ... Funktionsmuster
• 2006: Aufbau eines Funktionsmusters ohne 3D Verkleidungsbauteile
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Making of ... Erstes Design
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Making of ... Erster Prototyp
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Making of ... Lessons learned
• Überarbeitung des Aussendesigns ...
• Türen / Fenster / Klappen aufwändig (Toleranzen, Dichtigkeit, Kosten)
• Antriebsstrang:– Motorenelektronik funktioniert nicht wie erwartet – Riemenantrieb ist laut und anfällig Radnabenmotoren– Probleme mit Zuverlässigkeit der Batterie Neuer Lieferant
• „Wie isch da mit dä Sicherheit ...?“ Nachweis der passiven Sicherheit
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Image von Kleinwagen
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Image von Kleinwagen
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Making of ... Neue Bauweise
• Neue Bauweise aus Sandwichplatten • Patent eingereicht• Verbindungsstellen: Gezapft und verklebt• Bauweise einfacher und kosteneffizienter
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Making of ... Crashversuch Wildhaus
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Making of ... Auswertung Crashversuch• Bauweise extrem steif
• Kaum Beschädigungen am Fahrzeug, aber …… viel zu hohe Beschleunigungswerte (Unterboden 70g)
• Weicher und somit noch leichter bauen!
-80
-60
-40
-20
0
20
27.9 28 28.1 28.2
Zeit [s]
Bes
chle
unig
ung
läng
s [g
]
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Sicherheit
Folgende Komponenten tragen zum Insassenschutz bei:
• Extrem steife Karosserie• Crashtauglicher Vorderwagen• Überrollbügel • Sicherheitssitze mit 3-Punkt Gurten• Gepolstertes Armaturenbrett
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Making of ... Neues Konzept
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Präsentation am Automobilsalon 2009 in Genf
Mr. Ratan Tata: Chairman of Tata Group
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Ausblick
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Weniger ist mehr!Mies van der Rohe, Architekt und Designer