Mobi­li­tät der Zukunft

Der Anspruch des Inno­va­ti­ons­Cam­pus Mobi­li­tät der Zukunft (ICM), des Karls­ru­her Insti­tuts für Tech­no­lo­gie (KIT) und der Uni­ver­si­tät Stutt­gart ist mobil blei­ben und pro­du­zie­ren, ohne die Umwelt zu über­for­dern. Fast 300 For­schen­de arbei­ten in mehr als 60 Pro­jek­ten und 40 Insti­tu­ten an Elek­tro­mo­to­ren ohne Sel­te­ne Erden, neu­en Fer­ti­gungs­tech­no­lo­gien und selbst­ler­nen­den Soft­ware-Sys­te­men für Fahr­zeu­ge. Der ICM ist eine der größ­ten Initia­ti­ven zur zukünf­ti­gen Mobi­li­tät und Pro­duk­ti­on in Deutsch­land. Ers­te am ICM erar­bei­te­te Lösun­gen zei­gen, dass sich wirt­schaft­li­cher Erfolg und öko­lo­gi­sche Ver­ant­wor­tung nicht aus­schlie­ßen, son­dern sogar ergän­zen kön­nen. Eini­ge davon wur­den bei den „Future Mobi­li­ty Open Labs“ am KIT vorgestellt.

„Baden-Würt­tem­berg gestal­tet die Trans­for­ma­ti­on zu einer nach­hal­ti­gen und res­sour­cen­scho­nen­den Mobi­li­tät mit: Durch die Ver­bin­dung der bei­den for­schungs­star­ken Uni­ver­si­tä­ten KIT und Uni­ver­si­tät Stutt­gart im Inno­va­ti­ons­Cam­pus Mobi­li­tät der Zukunft schaf­fen wir ein attrak­ti­ves For­schungs­um­feld. Klu­ge Köp­fe aus der Wis­sen­schaft kom­men hier zusam­men, um durch exzel­len­te inter­dis­zi­pli­nä­re For­schung die Grund­la­gen für die Mobi­li­täts- und Pro­duk­ti­ons­tech­no­lo­gien von mor­gen zu lie­fern“, sagt die baden-würt­tem­ber­gi­sche Wis­sen­schafts­mi­nis­te­rin Petra Olschow­ski. „Der Inno­va­ti­ons­Cam­pus Mobi­li­tät der Zukunft ist ein For­schungs­leucht­turm – hier wer­den Bau­stei­ne für eine kli­ma­neu­tra­le Zukunft entwickelt.“

Den bis­he­ri­gen Weg, gemein­sa­me Erfol­ge und die Zukunft des ICM stell­ten Pro­fes­sor Tho­mas Hirth, Vize­prä­si­dent für Trans­fer und Inter­na­tio­na­les des KIT, und Pro­fes­sor Peter Mid­den­dorf, Pro­rek­tor für Wis­sens- und Tech­no­lo­gie­trans­fer an der Uni­ver­si­tät Stutt­gart, bei der Ver­an­stal­tung vor.

Mate­ri­al­spa­ren­de und ver­schleiß­ar­me E‑Motoren

„Wir kön­nen eine nach­hal­ti­ge und lebens­wer­te Welt nicht ohne Tech­no­lo­gie gestal­ten. Dafür das Fun­da­ment zu legen, ist Auf­ga­be der For­schung. Dies ist auch der Kern der Mis­si­on des ICM“, so Pro­fes­sor Albert Albers, Spre­cher der Insti­tuts­lei­tung am IPEK – Insti­tut für Pro­dukt­ent­wick­lung des KIT. Pro­to­ty­pen von neu­ar­ti­gen Elek­tro­mo­to­ren gibt es bereits: „Reluktanz­mo­to­ren kom­men ohne Per­ma­nent­ma­gne­ten und Sel­te­ne Erden aus, sodass sie sehr nach­hal­tig und res­sour­cen­scho­nend sind“, sagt Pro­fes­so­rin Neji­la Par­spour, Direk­to­rin des Insti­tuts für Elek­tri­sche Ener­gie­wand­lung der Uni­ver­si­tät Stutt­gart. „Heu­te wird die­se Maschi­ne wegen ihrer gerin­ge­ren Leis­tungs­stär­ke aber noch nicht in Fahr­zeu­gen ein­ge­setzt. Der ICM ent­wi­ckelt des­halb Mög­lich­kei­ten, die Dreh­zahl der Moto­ren zu steigern.“

 

Ein wei­te­res For­schungs­feld: elek­trisch erreg­te Moto­ren. Im Gegen­satz zu per­ma­nen­ter­reg­ten Moto­ren mit Sel­te­nen Erden, die in nahe­zu jedem Fahr­zeug ein­ge­setzt wer­den, ver­spre­chen die­se Moto­ren höhe­re Wir­kungs­gra­de bei mitt­le­ren bis hohen Dreh­zah­len, was mehr Reich­wei­te für bat­te­rie­be­trie­be­ne Fahr­zeu­ge bedeu­tet. Der­zeit sind die­se Maschi­nen noch ver­schleiß­an­fäl­lig, die Ener­gie­über­tra­gung auf die Rotor­wel­le erfolgt über Schleif­rin­ge, die sich stark abnut­zen. Am ICM arbei­ten For­schen­de an einer ver­schleiß­frei­en induk­ti­ven Ener­gie­über­tra­gung, die die­sen Motor­typ seri­en­taug­lich für die brei­te Mas­se der Fahr­zeu­ge auf dem Markt machen kann.

Selbst­ler­nen­de Fahrzeugflotten

Die elek­tri­schen und elek­tro­ni­schen Sys­te­me in Fahr­zeu­gen wer­den immer kom­ple­xer, kon­sta­tiert Pro­fes­sor Eric Sax vom Insti­tut für Tech­nik der Infor­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung des KIT. „Für eine effi­zi­en­te und siche­re Mobi­li­tät müs­sen alle Infor­ma­tio­nen und Kom­po­nen­ten opti­mal zusam­men­spie­len. Dafür ist die ent­spre­chen­de Infor­ma­ti­ons­tech­nik der Schlüs­sel: näm­lich Soft­ware, die sich im Fahr­be­trieb selbst opti­miert und erwor­be­nes Wis­sen dann über eine Luft­schnitt­stel­le ande­ren Fahr­zeug­flot­ten zur Ver­fü­gung stellt.“ Pro­to­ty­pen lau­fen der­zeit mit ler­nen­den Bus­flot­ten, ers­te Seri­en könn­te es 2025 geben.

Pro­duk­ti­on muss sich ändern­den Ansprü­chen lau­fend anpas­sen können

Wenn sich die Ansprü­che an Pro­duk­te wan­deln, muss sich die Pro­duk­ti­on ver­än­dern: „Kaum eine Bran­che steht vor so weit­rei­chen­den Ver­än­de­run­gen wie das Mobi­li­täts­seg­ment“, sagt Juni­or-Pro­fes­sor Andre­as Wort­mann vom Insti­tut für Steue­rungs­tech­nik der Werk­zeug­ma­schi­nen und Fer­ti­gungs­ein­rich­tun­gen der Uni­ver­si­tät Stutt­gart. Des­halb müs­sen Anla­gen, Maschi­nen und Pro­zes­se der Fahr­zeug- und Zulie­fer­indus­trie wan­del­bar sein, Soft­ware soll­te sich auto­ma­tisch anpas­sen. Oben­drein bie­tet der Pro­duk­ti­ons­pro­zess an sich gro­ßes Poten­zi­al zur Reduk­ti­on von Emissionen.

„Gebraucht wer­den also fle­xi­ble und uni­ver­sell ein­setz­ba­re Fer­ti­gungs­sys­te­me sowie schnel­le und auto­ma­ti­sche Soft­ware­an­pas­sun­gen“, sagt Pro­fes­so­rin Gise­la Lan­za vom wbk Insti­tut für Pro­duk­ti­ons­tech­nik am KIT. Das Ziel: die Uni­ver­sal­ma­schi­ne. „Wir arbei­ten dar­an, alle laser­ba­sier­ten Fer­ti­gungs­ver­fah­ren zu inte­grie­ren“, sagt Pro­fes­sor Tho­mas Graf, Direk­tor am Insti­tut für Strahl­werk­zeu­ge der Uni­ver­si­tät Stuttgart.

3D-Druck, Schwei­ßen, Schnei­den, Boh­ren, Beschich­ten und Här­ten auf einer ein­zi­gen Anla­ge – sozu­sa­gen als „Schwei­zer Taschen­mes­ser“ der Fer­ti­gung – ermög­li­che eine orts­un­ab­hän­gi­ge, hoch­ef­fi­zi­en­te Pro­duk­ti­on ohne Lager­hal­tung und Logistikketten.