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Jun 13, 2023

Neue Aluminiumtechnologie reduziert Gewicht von Luxus-Elektroauto

Autos leichter, energieeffizienter und sicherer zu machen, ist eine Herausforderung für die

Autos leichter, energieeffizienter und sicherer zu machen, ist eine Herausforderung für die gesamte Automobilindustrie. Der amerikanische Elektroautohersteller Lucid Motors hat sich für eine neue, innovative Technologie entschieden, um dieser Herausforderung zu begegnen.

Der 2021 eingeführte Lucid Air verwendet mehrere einzigartige, leichte Komponenten aus warmgeformtem, hochfestem Aluminium, die in Zusammenarbeit mit AP&T und der fischer Group entwickelt, hergestellt und industrialisiert wurden.

„Wir sind sehr stolz darauf, dass wir die Chance erhalten haben, zur Verwirklichung dieses fantastischen Autos beizutragen. Lucid Motors gehört zu den ersten Automobilherstellern weltweit, die warmumgeformte, hochfeste Aluminiumkomponenten verwenden, die mit unserer Technologie hergestellt wurden. Das macht ihren Erfolg aus.“ Auch für uns ein wichtiger Meilenstein“, sagte Dr. Christian Koroschetz, Chief Sales Officer bei AP&T.

Im Jahr 2015 verfolgte Lucid die Entwicklung modernster Technologien zur Herstellung von crashkritischen Stanzteilen wie Türringen, B-Säulen-Versteifungen und Batterieschutzkomponenten. Sie wandten sich an AP&T.

Eine spannende HerausforderungLucid stellte AP&T mehrere Teile- und Prozessanforderungen und drängte das Team zu neuen und fortschrittlichen Prozessen, die letztendlich Produkte mit geringem Gewicht, hoher Formbarkeit, Festigkeit und Duktilität in großen Stückzahlen liefern würden.

Zu dieser Zeit war AP&T intensiv an Innovationsprojekten beteiligt, die darauf abzielten, zu untersuchen, wie hochfestes Aluminium zur Herstellung von Karosseriekomponenten mit geringem Gewicht und hoher Festigkeit verwendet werden kann. Als direktes Ergebnis dieser Projekte wählte Lucid AP&T als Lieferanten für Lucid Air aus.

„AP&T präsentierte eine vielversprechende neue Technologie. Die potenziellen Vorteile waren erheblich, da die Warmumformung die Herstellung komplexer Teilegeometrien mit hochfestem Aluminium ermöglichte. Dank der Kombination aus hoher Umformbarkeit, hoher Festigkeit und geringem Gewicht wurde das Design der Komponenten verbessert konnte wirklich optimiert werden. Dadurch konnte der Platz im Versorgungspaket effizienter genutzt werden und ein hohes Maß an Kollisionssicherheit und ein geringer Energieverbrauch erreicht werden, alles zum Nutzen des Endkunden“, sagte Eric Bach, Senior Vice President of Product und Chefingenieur , Klar.

Entwicklung der Lösung – Simulationen und Prototypentools Im Jahr 2017 wurde die Entwicklungsarbeit durch den Einsatz computergestützter technischer Analysen beschleunigt. Die Umformexperten von AP&T führten FEM-Blechumformsimulationen durch, die mögliche Risiken von Rissen und Falten vorhersagen, die während des Umformprozesses auftreten könnten. Die Ingenieure von Lucid nutzten das Feedback aus diesen Simulationen, um das Design der Karosseriekomponenten zu überarbeiten.

Im selben Jahr präsentierte AP&T die erste vollständige Produktionslinie für die Warmumformung von hochfestem Aluminium, um das Potenzial der neuen Technologie zu demonstrieren. Die Innovation wurde mit dem renommierten Altair Enlighten Award ausgezeichnet. Diese Anerkennung bestätigte, dass AP&T auf dem richtigen Weg war und gab der Zusammenarbeit mit Lucid Motors zusätzlichen Schwung.

In den Jahren 2019 und 2020 wurden Tests durchgeführt, um die Robustheit des Prozesses zu validieren und Testdaten zu entwickeln. Während das Design des Bauteils für die Erfüllung der Crash-Anforderungen der Karosserie von entscheidender Bedeutung ist, spielen auch die Festigkeit, die Dehnung, das Material und das Crash-Faltmuster eine entscheidende Rolle. Die Materialingenieure und Karosseriedesigner von Lucid arbeiteten mit den Blechprozessingenieuren von AP&T zusammen und identifizierten die idealen Materialien, um die erforderliche Komponentenleistung zu erfüllen.

In der Testlinie von AP&T in Ulricehamn, Schweden, wurden zahlreiche Versuche mit verschiedenen hochfesten Aluminiumlegierungen verschiedener Lieferanten durchgeführt. Das Team implementierte die von diesen Materiallieferanten empfohlenen Parameter in den Produktionsprozess. In dieser Projektphase wurden die optimalen Material-, Stanzprozess- und Wärmebehandlungsparameter festgelegt. Die Robustheit des Prozesses wurde durch eine intensive experimentelle Studie validiert, die Materialtests in den Testlabors der Lieferanten und umfangreiche Komponententests durch die Materialingenieure von Lucid umfasste. Material- und Fehlermodelle, die für die Durchführung von FEM-Crashsimulationen benötigt werden, wurden von den Entwicklungsingenieuren von Lucid überprüft. Zur Kalibrierung der Modelle erhielt Lucid Testproben, die aus fertigen Stanzteilen entnommen wurden, die den gesamten Prozessweg in der Produktionslinie von AP&T durchlaufen hatten.

Nachdem die leistungsstärksten Materialien ausgewählt wurden, wurden von AP&T Prototypenwerkzeuge bereitgestellt. Prototypenteile wurden in der Produktionslinie von AP&T gestanzt, um die Beta-Prototypen und Release Candidate (RC)-Autos von Lucid zu bauen, die den strengen Komponenten- und Fahrzeugtests von Lucid unterzogen wurden. Die Erwartungen wurden erfüllt, was AP&T die Zuversicht gab, voranzukommen und sich auf die Industrialisierung der Technologie zu konzentrieren.

„Dank der Verwendung der FEM-Simulationsmodelle für die Blechumformung von AP&T wurden die Produktionskapazitäten in sehr kurzer Zeit ermöglicht. Durch den Einsatz der Simulationsmodelle, die in mehreren Forschungsprojekten optimiert wurden, konnte die Werkzeugerprobungszeit erheblich verkürzt werden.“ Dadurch konnten mehrere Produktionsformen von AP&T in einem wirklich kurzen Zeitfenster bereitgestellt werden“, sagte Dr. Michael Machhammer, Manager für Entwicklung Umformprozesse und Werkzeuge bei AP&T.

Großserienfertigung – fischer Group an der Zusammenarbeit beteiligt Es stellte sich nun die Frage, wer die Großserienfertigung der Komponenten übernehmen würde. Basierend auf den Erfolgen der Vergangenheit und der langjährigen Zusammenarbeit empfahl AP&T die fischer Group als Fertigungspartner, um die Produktionsanforderungen von Lucid zu erfüllen.

„Unsere Beziehung zu AP&T reicht bereits 20 Jahre zurück und wir tauschen regelmäßig Ideen zu innovativen Umformprozessen mit deren Forschungs- und Entwicklungsteam aus. Vor etwa fünf oder sechs Jahren stellte AP&T die Vorteile von warmumgeformtem Aluminium vor, was unser Interesse weckte, tiefer in die Technologie einzutauchen „Wir sind ständig auf der Suche nach neuen Bereichen und Anwendungen, um unser Wissen in der werkzeuggestützten Umformung und unsere Expertise als Zulieferer der Automobilindustrie einzubringen. Dies gab uns die Möglichkeit, genau das zu tun“, sagte Dr.-Ing. Stefan Geißler, Geschäftsführer bei fischer Hydroforming und Key Account Manager für die Zusammenarbeit mit AP&T und Lucid.

Nachdem alle richtigen Partner gefunden waren, begannen AP&T und die fischer-Gruppe mit der Planung der industriellen Produktion von Lucid-Komponenten im fischer-Werk Achern in Süddeutschland. Während AP&T seine bestehende servohydraulische Presse und seine Werkzeuge nach Achern verlagerte, begann die Produktion in seinem Werk in Ulricehamn in dieser Übergangszeit sofort, sodass das Projekt auf Kurs bleiben konnte.

Lucid und AP&T arbeiteten außerdem eng mit fischer zusammen, um Aspekte der Wärmebehandlungsparameter zu modifizieren, um sicherzustellen, dass die Komponenten den Spezifikationen entsprechen und gleichzeitig eine hohe Volumenkapazität ermöglichen.

„AP&T und unser Team haben gemeinsam fantastische Arbeit geleistet. Bis April 2021 hatten wir die Geschwindigkeit erhöht, um 1.500 Komponentensätze aus Türringen, B-Säulen und Batteriepackabdeckungen für Lucid Air in Ulricehamn zu produzieren“, sagt Thorsten Junge, Leiter der Geschäftsentwicklung bei fischer Hydroforming.

Parallel dazu lief am Standort Achern ein intensives Projekt zur Vorbereitung der Installation der neuen Linie und der Zusatzeinrichtungen wie zum Beispiel für 3D-Beschnitt, Alterung und Reinigung. Um Platz zu schaffen, wurde ein brandneues Industriegebäude errichtet.

„Wir haben auch die Beschaffung des Rohmaterials überwacht. Obwohl es eine Herausforderung war, war das Endergebnis ein Erfolg und die Linie wurde im Sommer von Ulricehamn nach Achern verlegt und im Dezember 2021 in Betrieb genommen“, sagte Junge.

Die Zukunft der nachhaltigen MobilitätAls Lucid Air, eines der technisch anspruchsvollsten Elektroautos der Welt, im Oktober 2021 mit der Auslieferung an Kunden begann, gab es nicht nur in der globalen Zentrale von Lucid in Newark, Kalifornien, sondern auch in Achern und Ulricehamn guten Grund zum Feiern.

Die Zusammenarbeit zwischen Lucid, AP&T und der fischer Group war ein großer Erfolg – ​​eine innovative und vielversprechende Technologie wurde in eine kommerziell realisierbare Lösung umgewandelt. Diese Lösung eröffnet der gesamten Automobilindustrie Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung und Verbesserung der Sicherheit.

Nach der erfolgreichen Einführung erfreute sich Lucid Air weiterhin einer hohen Nachfrage, was die Nachfrage nach warmumgeformten hochfesten Aluminiumkomponenten nur noch steigerte.

„Jetzt geht es darum, den Produktionsprozess weiter zu optimieren und die Produktionsmengen zu steigern, was sich auch positiv auf das Endergebnis auswirken wird“, sagte Robert Walton, Einkaufsleiter bei Lucid.

Um den Anforderungen von Lucid gerecht zu werden, hat fischer weitreichende Pläne, mit der Herstellung hochfester Aluminiumteile mithilfe innovativer Aluminiumumformtechnologien in der Nähe von Lucids Werk in Casa Grande, Arizona, zu beginnen.

„Es ist großartig, Teil der spannenden Reise von Lucid zu sein und zu wissen, dass unsere drei Unternehmen zusammenarbeiten könnten, um die weltweit erste Anwendung dieser Umformtechnologie im industriellen Maßstab zu verwirklichen“, sagte Stefan Geißler.

„Als etablierter Partner vieler Akteure der Automobilindustrie ermöglichen wir die Entwicklung eines nachhaltigeren Transportsektors mit sichereren, energieeffizienteren Fahrzeugen, die eine geringere Umweltbelastung haben. Diesmal gelingt uns dies gemeinsam mit innovativer Technologie.“ mit einem zukunftsorientierten Automobilhersteller. Das ist riesig“, sagte Christian Koroschetz.

Stoffe mit metallischen Eigenschaften, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen bestehen, von denen mindestens eines ein Metall ist.

Aluminium, dem bestimmte Mengen an Legierungselementen zugesetzt werden, um die erforderlichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften zu erhalten. Aluminiumlegierungen werden in zwei Kategorien unterteilt: Knetmassen und Gussmassen. Einige Zusammensetzungen können bis zu 10 Legierungselemente enthalten, aber nur eines oder zwei sind die Hauptlegierungselemente, wie zum Beispiel Kupfer, Mangan, Silizium, Magnesium, Zink oder Zinn.

Ingenieurfunktionen, die mit Hilfe von Computern und spezieller Software ausgeführt werden. Enthält Funktionen wie die Bestimmung der Belastbarkeit eines Materials.

Fähigkeit eines Materials, gebogen, geformt oder gedehnt zu werden, ohne zu reißen. Gemessen durch Dehnung oder Verringerung der Fläche in einem Zugversuch oder auf andere Weise.

Beim Zugversuch wird die Zunahme der Messlänge nach dem Bruch der Probe innerhalb der Messlänge gemessen und normalerweise als Prozentsatz der ursprünglichen Messlänge ausgedrückt.

Streifen oder Block aus präzisionsgeschliffenem Material, der dazu dient, ein Werkstück anzuheben und es gleichzeitig parallel zum Arbeitstisch zu halten, um einen Kontakt zwischen Fräser und Tisch zu verhindern.