d - ACN-CH Das Automotive Competence Network Schweiz

Transcrição

ACN-CH
Automotive
Competence
Network
Automotive Day
17. November 2004
an der HTI Biel
mit Unterstützung der KTI
Sponsored by
INHALT
1
VORWORT / PRÉFACE ______________________________________________________________________________ 2
1.1
2
3
4
5
Wie finden KMU’s Zugang zur Forschung? _______________________________________________ 2
KONSTRUKTION: VISIONEN WERDEN WAHR?______________________________________________________________ 2
2.1
Les évolutions du Moteur à allumage commandé sous l’impulsion de l’Automobile________________________ 2
2.2
Sound Engineering im Fahrzeugbau ___________________________________________________________ 2
2.3
Der sichere selbstfahrende Rollstuhl, der auch Treppen steigt________________________________________ 2
PRODUKTION: NUR UMGESETZTE IDEEN BRINGEN GELD!?! ___________________________________________________ 2
3.1
Die Automobil-Zulieferproduktion von Morgen und der Standort Schweiz _______________________________ 2
3.2
Trends in der Automobilindustrie und deren Einflüsse auf die Produkteentwicklung _______________________ 2
BETRIEB/UNTERHALT: ______________________________________________________________________________ 2
4.1
Retrofit: warum Runderneuerung nicht nur für Reifen sinnvoll sein kann ________________________________ 2
4.2
Förderung der Energieforschung in der Schweiz __________________________________________________ 2
4.3
Reifen auf dem mobilen Prüfstand _____________________________________________________________ 2
4.4
1350 km avec un litre ___________________________________________________________________ 2
ENTSORGUNG : HOPP UND WEG?______________________________________________________________________ 2
5.1
Was geschieht am Ende eines erfüllten Autolebens?_______________________________________________ 2
6
VORTRAGSVERZEICHNIS NACH REFERENT _______________________________________________________________ 2
7
PROGRAMM AUTOMOTIVE DAY ________________________________________________________________________ 2
8
NOTIZEN ________________________________________________________________________________________ 2
ACN-CH
Automotive Day, 17.11.04
Inhalt
1
1
Vorwort / Préface
Ein Wort des Präsidenten
Le mot du président
Ich freue mich, Sie zur 5. Durchführung des
Automotive Day zu begrüssen und Ihnen
verschiedene Arbeiten im automotiven Bereich
und im Speziellen zum Tagungsthema dieses
Jahres, welches Neuigkeiten bezüglich des
Lebenszyklus von Fahrzeugen verspricht,
vorstellen zu können.
A l’occasion de notre cinquième rencontre, j’ai le
plaisir de vous réunir ici pour vous présenter des
travaux en relation avec l’Automotive et plus précisément, le thème de cette année qui traite des
nouveautés au sujet du cycle de vie des véhicules.
L’objectif de l’Automotive Competence Network
est de présenter des activités des hautes écoles
HE ainsi que celles des industriels. Actuellement
plus d’une place de travail sur dix a un lien direct
ou indirect avec le domaine des moyens de
transport. Ce groupe de compétences permet
donc de réunir les personnes concernées de
l’industrie et des hautes écoles devant permettre
de poursuivre ou de générer des travaux de recherches et de développement. Les domaines
concernées par ces activités sont très vastes, ce
centre de compétence comprend principalement
quatre sous-groupes : Moteur à combustion, Mécanique
du
véhicule,
Electronique/Electrotechnique, Gestion d’entreprise.
Ziel des Automotive Competence Network ist es,
Aktivitäten der (Fach-)Hochschulen und der
Industrie vorzustellen. In der heutigen Zeit hat
jeder zehnte Arbeitsplatz eine direkte oder
indirekte
Verbindung
zum
Bereich
des
Transportwesens.
Das
Kompetenznetzwerk
vereinigt die betreffenden Personen aus der
Industrie und der Hochschule. Dies ermöglicht,
gemeinsame Ziele zu verfolgen oder Forschungsund Entwicklungsarbeiten zu erzeugen. Die durch
diese Aktivitäten angesprochenen Disziplinen
sind sehr weit gefächert. Die Kernkompetenzen
sind grundsätzlich in vier Gruppen aufteilbar:
Verbrennungsmotoren,
Fahrzeugmechanik,
Elektronik / Elektrotechnik und Betriebswirtschaft.
Dans la dernière partie de cette journée, vous
assisterez à des présentation au sujet du recyclage des véhicules, sujet qui est on ne peut plus
présent dans cette première partie du 21 siècle.
Der
letzte
Vortragsblock
befasst
sich,
entsprechend
dem
Tagungsmotto
der
Wiederverwertung von Fahrzeugen, einem
Thema, mit welchem man sich zu Beginn des 21.
Jahrhunderts auseinandersetzen muss.
Tout au long de cette journée, vous aurez
l’occasion : de rencontrer des personnes des
différents domaines, de visiter l’exposition et
d’assister aux présentations de nos conférenciers. Je vous encourage à vous rencontrer pendant les pauses ainsi que pendant le dîner que
nous prendrons par petits groupes.
Je profite de ce mot pour remercier nos conférenciers, nos exposants, nos sponsors (energie
schweiz, SATG, TeMeCo) et bien évidemment
l’école d’Ingénieurs de Bienne qui nous accueil
aujourd’hui avec une logistique parfaitement bien
rôdé.
En conclusion, je vous remercie de vos implications ou simplement de votre présence aujourd’hui et je vous souhaite une très intéressante
et agréable journée.
Während des ganzen Tages haben Sie
Gelegenheit, Personen aus den verschiedenen
Bereichen zu treffen, die Ausstellung zu
besuchen und den Präsentationen unserer
Redner
beizuwohnen.
Nutzen
Sie
die
Gelegenheit auch während dem Mittagessen,
wichtige Kontakte zu knüpfen!
An dieser Stelle danke ich unseren Rednern, den
Ausstellern, den Sponsoren (energie schweiz,
SATG und TeMeCo) und natürlich der
Hochschule für Technik und Informatik Biel,
welche uns heute mit einer perfekt ausgerüsteten
Infrastruktur empfängt.
Zum Schluss danke ich Ihnen für Ihre
Aufmerksamkeit oder einfach für ihr Erscheinen
und wünsche Ihnen einen sehr interessanten und
angenehmen Tag.
Pour la direction de l’AC-Pool
Thierry Robert
Für das Kernteam des AC-Pool
Thierry Robert
Vorwort / Préface
2
ACN-CH
1.1 Wie finden KMU’s Zugang zur Forschung?
Einleitung
Brauchen KMU’s überhaupt die Unterstützung der (Fach-)Hochschulen im Bereich der Forschung und
Entwicklung? Wenn der Werkplatz Schweiz mittel- und längerfristig gesichert werden soll, lässt sich diese Frage, gerade auch im Hinblick auf die Globalisierung im Allgemeinen und die Einbindung in das europäische Wirtschaftsumfeld im Speziellen, eindeutig mit Ja beantworten. Mit der Globalisierung, respektive dem europäischen Wirtschaftsraum werden KMU nicht nur beim Vorstoss in neue Märkte und Länder konfrontiert, sondern als Wirkung der bilateralen Verträge, auch auf dem angestammten Schweizermarkt. Um erfolgreich bestehen zu können, ist den geänderten Rahmenbedingungen (Preis, Normen,
Mitbewerber) Rechnung zu tragen, was am besten mit innovativen Produkten gelingt. Wege zu innovativen Produkten gibt es sicherlich so viele wie nach Rom. Einer davon führt über Netzwerke und im Fall
von automotiven Fragestellungen über das Automotive Competence Network (kurz: ACN-CH). Das
ACN-CH betreibt eine Projektplattform, welche unter dem Kürzel AC-Pool (Automotive Competence
Pool) als Verein organisiert ist.
Der Automotive Competence Pool (AC-Pool) als Projektpartner
Der AC-Pool vereint derzeit 19 Dozierende aus fünf Fachhochschulen, welche Kompetenzen in den
Bereichen Verbrennungsmotoren, Betriebswirtschaft, Elektrotechnik/Elektronik/Mechatronik und
Mechanik/Werkstoffe/ Konstruktion/Sicherheit abdecken. Eine aktualisierte Kompetenzmatrix finden Sie
am Ende dieses Beitrages.
Der AC-Pool bietet den Wirtschaftspartnern Hilfe bei der Zusammenstellung von
Projektteams und der Vermittlung von Kontakten sowie Unterstützung in der
ACN-CH
Administration und Planung von Projekten an. Die Projektdurchführung obliegt den
jeweiligen Teams. Näheres zum AC-Pool finden Sie unter www.acnetwork.ch.
Projektpartner
Die Mitglieder verwenden in ihren Publikationen den Hinweis auf die Beteiligung am
AC-Pool mit nebenstehender Marke.
Die grösste Wirkung kann der AC-Pool bei interdisziplinären Projekten erzielen. Von der Wirtschaft
nachgefragt werden jedoch üblicherweise Einzelkompetenzen, welche von einem Mitglied des AC-Pools
zur Verfügung gestellt werden kann. Selbstverständlich helfen wir auch in diesen Fällen gerne. Zur
Darstellung der Netzwerkmöglichkeiten wurden in Eigeninitiative multidisziplinäre Projekte gestartet.
Eines davon, das Projekt des selbstfahrenden, sicheren Rollstuhls unter dem Namen SafeChair, wird im
Rahmen der heutigen Veranstaltung näher vorgestellt.
Aufgrund der Tatsache, dass wir eigentlich mehr könnten als im Einzelfall gefragt ist, entsteht die
Situation eines Tennisspielers mit einem vollständigen Schlagrepertoire, der in Ermangelung eines
Partners meist gegen die Trainingswand spielt und wenn er sich auf dem Platz beweisen kann, darf er
nur einen Schlag spielen. Zum Erhalt der Konkurrenzfähigkeit muss der „Ernstfall“ dauernd geübt
werden. Glücklicherweise ist mit dem www.AutoCluster.ch, einem Zusammenschluss der
Automobilzulieferindustrie, ein neuer Partner in Sicht.
Der www.AutoCluster.ch
Der AC-Pool bekommt auf der Wirtschaftsseite eine Schwesterorganisation, den AutoCluster.ch. Der
sich in Gründung befindende AutoCluster.ch ist, wie erwähnt, der Zusammenschluss der Automobilzulieferanten und umfasst derzeit rund 60 Firmen, welche sich für eine Mitgliedschaft vorangemeldet haben.
Die Initiative geht von der Innovationsstelle der Solothurner Handelskammer und der Chambre Neuchâteloise du Commerce et de l’industrie aus. In der Trägerschaft engagieren sich ferner die Innoconnect
GmbH und das Regionalmarketing Zürcher Oberland. Informationen sind unter www.AutoCluster.ch abrufbar. Mit dem AutoCluster.ch erhält der AC-Pool nicht nur einen direkteren Zugang zu möglichen Projektpartnern, sondern auch eine Orientierungshilfe beim Aufbau neuer Kompetenzen.
ACN-CH
Wie finden KMU’s Zugang zur Forschung?
3
Wie geht es weiter?
Am 14. Januar 2005 treffen sich die Firmen des AutoCluster.ch und Vertreter von (Fach-)Hochschulen
im DTC in Vauffelin zu einer Panel-Messe, welche allen interessierten Personen offen steht. Die Firmen
und
(Fach-)Hochschulinstitute sind mit je einem Panel und Ansprechpersonen präsent. Damit lassen sich an
einem Ort persönliche Kontakte knüpfen und Informationen zum Angebot der Aussteller gewinnen.
Weitere Informationen erhalten Sie auf den Homepages des Acnetwork.ch und des AutoCluster.ch. Zur
Abrundung der Veranstaltung wird für das leibliche Wohl gesorgt und ein Crashversuch gezeigt.
Selbstverständlich stehen wir Ihnen aber gerne bereits heute für Projektanfragen zur Verfügung. Und so
erreichen Sie uns:
Post:
ACN-CH; c/o Hochschule für Technik & Informatik Biel; CH-2537
Vauffelin
Tel:
032 358 00 11
Fax:
032 358 00 00
E-Mail: [email protected]
Internet: www.acnetwork.ch
4
ACN-CH
Anhang Kompetenzmatrix der Projektebene des ACN-CH
Teil 1
ACN-CH
5
Kompetenzmatrix der Projektebene des ACN-CH
Teil 2
6
ACN-CH
2
Konstruktion: Visionen werden wahr?
2.1 Les évolutions du Moteur à allumage commandé sous l’impulsion de l’Automobile
Depuis que l'homme vit sur ses deux pieds, il faut admettre qu'il a pu évoluer grâce à ses possibilités de
déplacement, cherchant à aller plus vite, plus facilement.
D'abord sur le dos d'animaux, il a ensuite utilisé toute son intelligence pour créer des machines infernales lui permettant, sans effort, de se déplacer sur terre, sur mer et dans les airs.
Le moteur à pistons, ou moteur alternatif, a été et reste un allié précieux de l'homme dans sa quête d'autonomie de mobilité.
C'est avec le moteur thermique, successeur des moteurs à vapeur, dès le début du XXème siècle, qu'a
été réalisée la première conquête du ciel alors qu'il s'était déjà imposé sur les véhicules automobiles
terrestres.
Utilisant deux cycles thermodynamiques distincts (le cycle Diesel et le cycle Beau de Rochas), les applications des moteurs à combustion ont vu d'abord se développer les moteurs à Allumage Commandé.
Ces derniers offrent de nombreux avantages en termes d'encombrement, de masse, de performances
spécifiques et de simplicité du mode d'alimentation en carburant.
L'automobile, touche le plus grand nombre d'utilisateurs potentiels. Les besoins sont le transport des
biens et des personnes.
La nécessité de répondre à ces besoins a donc contribué à faire évoluer rapidement la technologie du
moteur à allumage commandé.
Par exemple entre les années 1910 et 1940 leur puissance a été multipliée par 20.
De même, durant cette période, l'ère industrielle a connu un tel essor que le produit automobile est devenu un produit de grande diffusion. Les conséquences ont été, pour le Moteur, de le faire évoluer vers
un produit plus performant, plus économe en carburant, moins encombrant et surtout d’un coût de production industrielle optimisé. Il est devenu accessible au plus grand nombre.
ACN-CH
Les evolutions du Moteur à allumage commandé…
7
Ensuite, durant de nombreuses années, les ruptures technologiques de ce type de moteur ont été quasi
inexistantes. La prise de conscience de l’impact de l’Automobile sur la consommation globale d’énergie
et sur l’Environnement a, principalement depuis le début des années 1970, modifié cette situation.
Tout d’abord, les contraintes réglementaires d’émissions de polluants des véhicules ont conduit à introduire, puis à généraliser des systèmes de post-traitement des gaz d’échappement. Ces derniers ont
eux-mêmes imposé de recourir à des modes d’alimentation en carburant plus sophistiqués et plus précis qu'un carburateur, et de recourir à un système de contrôle moteur fonctionnant en boucle fermée.
Les chocs pétroliers successifs, les retombées de la très populaire compétition automobile ont, quant à
eux, accéléré l'introduction des technologies permettant d'augmenter les performances spécifiques :
système de distribution variable, d'acoustique variable, l'utilisation de nouveaux matériaux plus légers et
plus résistants, etc… Ces améliorations continues ont rendu possible la réduction de cylindrée moyenne
des motorisations, et donc, à prestations véhicules identiques, de réduire les émissions de CO2.
C'est ainsi qu'il y a 20 ans, il fallait un moteur de 2l de cylindrée pour propulser un véhicule d'environ 1
tonne et qu'aujourd'hui il faut un moteur d'une cylindrée de 1,4 l.
A ce jour, les constructeurs européens ont pris pour engagement d'atteindre, successivement des valeurs d'émissions moyennes de CO2 de leur gamme à 140 g/km, puis 120 g/km. Face à ce challenge les
bureaux d'études doivent se mobiliser sur des programmes en rupture technologique, comme :
- le changement du mode d'alimentation en carburant : de l'injection indirecte basse pression à
l'injection directe haute pression
- la combustion en mélange fortement dilué ou en charge stratifiée,
- le downsizing des moteurs (réduction de cylindrée par suralimentation)
- ou bien encore les systèmes de distribution électromagnétiques ou électrohydrauliques.
En parallèle, d'autres progrès sont attendus, sur l'hybridation (association des motorisations thermiques
et électriques) et l'élargissement de l'efficacité des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement
(fonctionnements en mélanges pauvres et prise en compte de nouveaux polluants).
Les champs d'investigation sont nombreux ; l'ordre et leur vitesse d'introduction sur le marché seront
fonction de leur efficacité sur les gains en consommation, les prestations visibles par le client, et le respect de l'environnement.
Les Ruptures Technologiques En
Développement
Distribution
Distributionvariable
variable
Downsizing
Downsizingpar
par
turbo
turbo compresseur
compresseur
Hybridation
Hybridation
Combustion
Combustionàà
charge
chargestratifiée
stratifiée
Les evolutions du Moteur à allumage commandé…
8
ACN-CH
2.2 Sound Engineering im Fahrzeugbau
Übersicht
Sound Engineering
im
Fahrzeugbau
5. Automotive Day 2004
HTI Biel, Schweiz
Axel Bertram
Rieter Automotive Management AG
17. November 2004
17.11.04 / Bertram
1
Rieter Automotive Systems
Rieter Automotive Systems profile
1.
2.
Aufgaben des Sound Engineering
3.
Sound Engineering Prozess
4.
Zusammenfassung
17.11.04 / Bertram
2
Acoustics Integrator
Leading global
automotive acoustic
supplier
• 1875.6 million CHF (1233.9 mio. Euro,
Products and solutions
• Acoustic
• Thermal
1395.3 million USD) sales in 2003
• 8629 employees
• 41 Production plants
Rieter Core Competences
• Automotive Acoustics
• Automotive Thermal Management
• Styling, design & engineering
• Design, Styling & Engineering
Rieter Automotive, as Acoustics Integrator, takes a
comprehensive approach to optimize the acoustic behaviour
of the entire vehicle.
17.11.04 / Bertram
3
Automotive Systems: Worldwide locations
• Jackson, Tennessee
South Africa
• Rosslyn
• Taubaté
6
Japan
• Tokyo
Japan
• Aichi
Thailand
• Samutprakarn
India
• New Dehli
Brazil
• Betim
4
Japan
• Shizuoka
• Lowell, Indiana
• Aiken, South Carolina
17.11.04 / Bertram
Our customers
Germany
Netherlands • Rossdorf-Gundernhausen
• Weert • Bebra
Belgium
Switzerland
• Genk
China
• Winterthur
Canada
• Changchun
• Sevelen
Gr. Britain
• Tillsonburg,
• Halesowen
Ontario
Poland
China
USA • Farmington Hills, Michigan
• Heckmondwike
• Katowice
• Fuzhou
France *
• London,
• St. Joseph, Michigan
Czech Rep.
Ontario • Aubergenville
• Chocen
• Chicago Heights, Illinois
China
Portugal
• Guangzhou
Turkey
• Chicago, Illinois
• Bloomsburg, • Setubal
Italy *
• Bursa
Pennsylvania
• Valparaiso, Indiana
Spain * • Leini
•
Moncalieri
• Oregon, Ohio • Terrassa
• Shreveport, Lousiana
Japan
• Hiroshima City
Malaysia
• Shah Alam
• Sao Bernardo do Campo
Rieter Automotive
Joint Ventures
Licensees
ACN-CH
Argentina
• Córdoba
* France: + 5 plants
• Buenos Aires
17.11.04 / Bertram
Italy:
Spain:
5
+ 5 plants
+ 2 plants
17.11.04 / Bertram
Sound Engineering im Fahrzeugbau
9
Total vehicle
vehicle approach
Total
approach
Research centres
Carpets
Patent & Tech Watch
Cross Vehicle
Foams
Damper
Under Floor
Fiber
Recycling
Thermal Management
Trunk
Modularization
Acoustics
Interior Floor
Engine
Compartment
Trim
Interior
Headliner & Trim
Vehicle Benchmarking
Plastic Composites and Metals
17.11.04 / Bertram
7
Innovation focus
Center of Excellence
17.11.04 / Bertram
Laboratory
8
Akustischer Komfort …
… wird als hoch eingestuft,
eingestuft, wenn:
wenn:
5 main axis of innovation
1. Der Innenlärmpegel niedrig ist
• Comfort & Style
2. Die Silbenverständlichkeit hoch ist
• Integration & Multifunctionality
3. Es keine akustischen Reflektionen gibt
• Weight & Fuel efficiency
4. Die Schallabsorption nicht zu stark ist
• Environmental Products & Processes
5. Der Frequenzinhalt gut ausbalanciert ist
• Simulation & Numerical Tool
6. Die Geräusche im Innenraum eine Antwort
auf das Verhalten des Fahrers sind
17.11.04 / Bertram
9
81
Akustischer Komfort …
17.11.04 / Bertram
10
Die wichtigsten Lärmquellen
… wird als niedrig eingestuft,
eingestuft, wenn:
wenn:
Windgeräusche
1. Der Innenlärmpegel hoch ist
Geräusche vom
Antriebsstrang
2. Die Silbenverständlichkeit niedrig ist
3. Booms oder Schwebungen deutlich
wahrnehmbar sind
4. HochHoch-frequente Geräuschanteile hoch sind
5. Diskrete Frequenzen deutlich hervortreten
(z.B. Heulen)
Heulen)
6. Quietschen oder Klappern auftritt
17.11.04 / Bertram
11
Auspuffgeräusche
17.11.04 / Bertram
Rollgeräusche
12
10
ACN-CH
Akustische Übertragungswege
Akustische Grundbegriffe
Lärmbekämpfung im Fahrzeug mit speziellen Materialien
Luftschall
Körperschall
Motor
Einlass
Auspuff
Getriebe
Wind
Reifen/
Reifen/Strasse
Karosserie
Felder
Lärmpaket
Akustische Löcher
Luftraum
17.11.04 / Bertram
13
Was kann man gegen Lärm tun?
TiefTief-frequent
MittelMittel- bis
hochhoch-frequent
HochHoch-frequent
Dämpfung
Isolation
Absorption
• Entdröhnung
• KörperschallKörperschalldämpfung
• Antidröhn
• Dämpfung
• LuftschallLuftschalldämmung
• SchallSchallisolation
• LuftschallLuftschalldämpfung
- Leichtbau mit hohen Steifigkeiten
- Kraftanschlüsse mit hoher Impedanz
ÜbertragungsÜbertragungs-Charakteristik verbessern
- Hilfsrahmen mit Isolation
Optimiertes Dämpfungspaket
- EinEin- & Mehrschichtdämpfung
Optimierte Isolationsbehandlung
- Durchbrüche & Löcher
- MehrschichtMehrschicht-Dichtungen
Optimierte Absorptionsbehandlung
- grosse Flächen behandeln
Lufteinlassgeräusche
Auspufflärm
Getriebegeräusche
Windgeräusche
Rollgeräusche
Boomverhalten
15
• Eine optimierte akustische Behandlung muss
dabei viele Funktionen - gewichtet - erfüllen:
erfüllen:
Keine akustischen Löcher
akustischer Komfort
Kosten
Montage/Demontage
Montage/Demontage
umweltfreundliche
Materialien.
Materialien.
Keine Überbehandlung
Mit Systemansatz zur
optimalen Innenraumakustik
ACN-CH
das Fahrzeug
die akustische Behandlung.
Was ist das wichtigste dabei?
dabei?
17
16
• Die Optimierung des akustischen Komforts
erfordert einen umfassenden Ansatz:
Ansatz:
die Lärmquellen
3. Die Geräuschqualität verbessern
17.11.04 / Bertram
17.11.04 / Bertram
Systemansatz
Was kann man gegen Lärm noch tun?
2. Akustische Übertragungswege verbessern
Karosserie
1. Alle Lärmquellen abschwächen
Motorgeräusche
17.11.04 / Bertram
14
Was kann man gegen Lärm noch tun?
Die 3 wichtigsten Schritte auf dem Weg zum
akustisch guten Auto
17.11.04 / Bertram
17.11.04 / Bertram
18
Gewicht
Design/Styling
Recycling
11
Systementwicklung
Sound Engineering
Dachhimmel
HaubenHaubenabsorber
KofferKofferraum
RadhausRadhausverkleidung
Bodenverkleidung
Innere
Stirnwand
Simulation:
Materialien
Teilen
Gesamtfahrzeug
Akust.
Akust. Moden
Sensitivitäten
Ray Tracing
Äussere
Stirnwand
Messungen &
Versuche:
Versuche:
Schwingungen
Akust.
Akust. Löcher
Lärmpaket
Sound Quality
Abstimmungen
Alle diese Teile - und noch mehr – spielen eine
Rolle im “Konzert”
Konzert”
17.11.04 / Bertram
19
Kompetenzen für Sound Engineering
17.11.04 / Bertram
20
Zusammenfassung
Isolation
• Sicherheit,
Sicherheit, Komfort,
Komfort, Bequemlichkeit &
Individualisierung gewinnen weiter an
Bedeutung.
Bedeutung.
Dämpfung
Absorption
Simulationen
Exp. FahrzeugFahrzeugoptimierungen
Bauteilmessungen
• Akustik im Innenraum ist eine wichtige
Komponente dabei.
dabei.
• Im Innenraum muss es nicht nur leise sein,
sein,
sondern das akustische Verhalten muss dem
Fahrzeug & den Erwartungen der Benutzer
entsprechen.
entsprechen.
BauteilBauteiloptimierungen
MaterialMaterialsimulationen
17.11.04 / Bertram
21
Materialmessungen
Zusammenfassung
• Im Systemansatz muss der akustische
Beitrag aller Komponenten ganzheitlich
berücksichtigt werden.
werden.
• Das Sound Engineering basiert auf:
Simulationen,
Simulationen,
Messungen & Versuche
von der Konzeptphase
bis zur Vorserie.
Vorserie.
• Optimierung der Akustik erfordert einen
umfassenden Systemansatz:
Systemansatz:
akustischer Komfort
Gewicht
Kosten
Styling
Montage/Demontage
Montage/Demontage
Umweltaspekte
17.11.04 / Bertram
22
Zusammenfassung
• Der Weg zum akustisch guten Fahrzeug
muss berücksichtigen:
berücksichtigen:
Lärmquellen
Übertragungswege
akustische Behandlung
Geräuschqualität
17.11.04 / Bertram
23
17.11.04 / Bertram
24
12
ACN-CH
Berner Fachhochschule
Hochschule für Technik und Informatik, HTI Biel
2.3 Der sichere selbstfahrende Rollstuhl,
der auch Treppen steigt
Referenten:
Andreas Fuchs, Roland Fehr
Autoren:
Roland Fehr,
Zürcher Hochschule Winterthur
Abteilung Maschinenbau und Energietechnik
Andreas Fuchs,
BFH, Hochschule für Technik und Informatik HTI Biel,
Abteilung Elektrotechnik
Alphonse Frésard, BFH, Hochschule für Technik und Informatik HTI Biel,
Abteilung Automobiltechnik
Einführung
Elektrisch angetriebene Rollstühle sind für viele behinderte Menschen ein unverzichtbares Hilfsmittel für
mehr Eigenständigkeit und Mobilität in ihrem Alltag. Für eine (Wieder-)Eingliederung der betroffenen
Mitmenschen ins normale Arbeitsleben ist die Benutzung eines Elektrorollstuhls meistens eine Grundvoraussetzung. Diese Reintegration trägt entscheidend zur Lebensqualität bei und reduziert damit auch
die Gesundheitskosten.
Trotz grossen technischen Fortschritts ist für Rollstuhlbenützer die Möglichkeit, sich frei zu bewegen,
immer noch stark eingeschränkt im Vergleich zu normal gehfähigen Menschen. Einerseits ist die Leistungsfähigkeit von Antrieb und Energiespeicher limitiert, anderseits setzen unüberwindbare Hindernisse
im alltäglichen Umfeld Grenzen. Ein sicherer Transport von Personen auf ihren Rollstühlen in Fahrzeugen ist in den meisten Fällen nicht möglich, da Rollstühle und bestehende Rückhaltesysteme nicht für
die Belastungen bei Kollisionen ausgelegt sind.
Safe Chair, ein Elektrorollstuhl mit Potential
Mit dem Projekt „Safe Chair“ soll ein selbstfahrender Elektrorollstuhl entwickelt werden, welcher bezüglich Mobilität und Sicherheit neue Massstäbe setzt. Dazu gehört die Fähigkeit, ein- und mehrstufige Hindernisse ohne fremde Hilfe zu überwinden, sowie einen sicheren Transport des Rollstuhlinsassen in
Strassenfahrzeugen zu ermöglichen. Für den Antrieb, die Steuerung und die Energiequellen sollen moderne und eventuell neuartige Konzepte zum Einsatz kommen. Darüber hinaus soll eine heute erhältlichen Elektrorollstühlen entsprechende Funktionalität sichergestellt werden, wie zum Beispiel Sitzneigung- und Höhenverstellung etc. Das Erfüllen von internationalen technischen- und medizinaltechnischen- Normen ist eine Grundvoraussetzung für den Markterfolg.
Hauptforderungen an den Safe Chair:
-
Transportsicherheit in Fahrzeugen
hohe Steigfähigkeit und Autonomie des Antriebes (Reichweite etc.)
Fähigkeit zum Überwinden ein- und mehrstufiger Hindernisse, (gute) Treppensteigfähigkeit
Bedienen aller Funktionen durch den Benutzer (keine Hilfspersonen nötig)
möglichst geringes Gewicht, welches mit vertretbarem Aufwand realisierbar ist
gute Ergonomie (Sitz- & Arbeitsposition, sowie Bedienung)
angemessener Preis
ACN-CH
Der sichere selbstfahrende Rollstuhl, der auch Treppen steigt
13
Projektbeteiligte
Das Entwicklungsprojekt Safe Chair wurde vom Automotive Competence Network Schweiz (ACN-CH)
initiiert und wird in der jetzigen Projektphase von den beteiligten Fachhochschulen (FH’s) getragen. Neben dem Entwickeln technischer Innovationen zur Erweiterung der Bewegungsfreiheit und der Sicherheit
von Rollstuhlbenützern will der ACN seine Fähigkeit und Kompetenz in der Durchführung von fachhochschulübergreifenden Entwicklungs-Projekten gemeinsam mit interessierten Unternehmungen aus der
Industrie demonstrieren und sein durch die grosse Spartenvielfalt der angeschlossenen FH’s akkumulierte Know-How einer breiteren Öffentlichkeit bekannt machen. Es ist Bestandteil der aktuellen Projektstartphase und der Machbarkeitsstudie, potentielle Hersteller und Vertriebspartner zu finden, um eine
erfolgreiche Kommerzialisierung des Endproduktes Safe Chair sicherzustellen.
Marktsituation
In der Schweiz leben ca. 70'000 Rollstuhlbenützer, wovon 25'000 permanent auf das Hilfsmittel Rollstuhl
angewiesen sind, sei dies durch Geburtsgebrechen, Krankheit oder Unfall. Die übrigen Rollstühle mit
etwa 45'000 Einheiten, also die Mehrheit, kommen in der Geriatrie (Spitäler, Heime zur internen Verwendung), Akutspitäler oder als AHV-Mietrollstühle zum Einsatz. Jährlich werden in der Schweiz ca.
7350 neue Rollstühle beschafft, davon 650 Elektrorollstühle. Der Safe Chair ist als Mehrzweck-Rollstuhl
(Indoor und Outdoor) konzipiert. Dieser Markt hat ein jährliches Volumen von 570 Einheiten und einen
Umsatz von 8.5 Millionen CHF wovon nur 30% von einheimischen Herstellern abgedeckt wird (Stand
2003). Der durchschnittliche Beschaffungspreis für einen Elektrorollstuhl für Fahrten über Kieswege,
kleines Geröll und feuchtem Untergrund beträgt CHF 16'000 (ohne Zubehör).
Sicherheit beim Transport in Fahrzeugen
Rollstuhlbenützer sind darauf angewiesen, längere Strecken mit Hilfe eines Strassenfahrzeuges zurückzulegen. Dabei kommen heute die unterschiedlichsten Fahrzeug-Typen zum Einsatz, wie zu Behindertentaxis umgebaute Kleinbusse, Personenwagen mit rollstuhlgängig gestalteter Heckpartie bis hin zu
modifizierten Vans, welche von den Rollstuhlbenützern selber gelenkt werden können. In vielen Fällen
ist es nicht möglich, den Rollstuhlinsassen auf einen „normalen“ Fahrzeugsitz umzusetzen, sondern die
Behinderten werden in ihren Rollstühlen belassen und wenn möglich mit Spanngurten oder anderen
technischen Hilfsmitteln gesichert. Der Gesetzgeber betrachtet heute Insassen von Rollstühlen beim
Transportvorgang in Fahrzeugen als „Ware“ und somit müssen nicht dieselben Sicherheitsvorschriften wie für normale
Fahrzeugbenützer angewandt werden.
Dieser Umstand führt leider dazu, dass Rollstuhlbenützer
nur minimalen Insassenschutz bei Fahrzeugkollisionen erhalten und teilweise von ihren Rollstühlen noch zusätzlich
verletzt werden. Ein normaler Passagiersitz im Fahrzeug ist
relativ steif mit der Karosserie verbunden und weist abgestimmte Rückhaltesysteme mit ausgeklügelten Energieabsorbern wie Airbag, Crash-Polsterung und Gurtstraffer. Elektrorollstühle hingegen verfügen meistens über bis zu 100
kg schwere Unterbauten (Chassis, Motoren und Energiespeicher), welche auch gesichert werden müssten. Die
Rückhaltesysteme für Rollstuhl und Passagier erweisen sich Skizze 1: Safe Chair mit abgesenkter Sitzfläche. Dies ermöglicht eine ergonoin vielen Anprallsituationen als zu nachgiebig und die Rollmischere Bedienung der Steuerstuhlstruktur gegenüber den auftretenden Kräften als zu
elemente des Fahrzeuges, da der
schwach. Dies führt zu einem signifikant höheren VerletRollstuhlinsasse näher an die vom
zungsrisiko des Insassen bei Kollisionen. Durch sich beim
Autohersteller vorgesehene PositiCrash lösende Rollstuhlteile werden zudem die übrigen
on gebracht werden kann. Wegen
Fahrzeugpassagiere gefährdet.
der kleinen Aussenmasse des Safe
Chair können teure und aufwändige Umbauten des Autos vermieden
werden.
14
ACN-CH
Neuerungen mit Safe Chair
Der Safe Chair soll im Bereich der Fahrzeugsicherheit neue Massstäbe setzten. Durch eine steife Verbindung zwischen Fahrzeugstruktur und Rollstuhlchassis mit Insassensitz werden die auftretenden Verzögerungslasten des Rollstuhls direkt weitergeleitet und eine annähernd gleiche Ausgangslage geschaffen, wie sie Passagiere auf normalen Autositzen vorfinden. Ein Absenken der Sitzfläche für den Transport in Fahrzeugen reduziert die Belastung der Tragstruktur im Crashfall und ermöglicht die Verwendung
des Safe Chair in Fahrzeugen, die bis anhin wegen ihren geringen Innenraumabmessungen nicht in Betracht kamen. Durch die tiefe Sitzposition ist ein Einsatz als Fahrersitz sogar nahe liegend, da so der von
den Fahrzeugherstellern als Basis für ihre ergonomische Gestaltung des Innenraums wichtige H-Punkt
(geometrischer Referenzpunkt im Hüftbereich eines Fahrzeuglenkers) nahezu erreicht werden kann.
Eine entsprechend stark dimensionierte Rückenlehne mit Nackenstütze ermöglicht zudem einen angemessen Schutz des Passagiers bei Heckkollisionen.
Überwinden von Hindernissen
Hindernisse wie kleine Unebenheiten und Absätze werden von normal gehfähigen Menschen ohne
grosse Anstrengung und besondere Beachtung überstiegen. Rollstuhlbenutzer werden von diesen Hindernissen hingegen vor fast unüberwindbare Probleme gestellt, welche ihre Bewegungsfreiheit massiv
einschränken.
Definition von Hindernissen
Hindernis ist nicht gleich Hindernis… diese Tatsache ist für Rollstuhlbenützer und Ingenieure eine grosse Herausforderung. Raffinierte technische Hilfsmittel für die Hindernisüberwindung werden durch kleine
geometrische oder physikalische Unterschiede in den Hindernisoberflächen an ihre Leistungsgrenzen
gebracht oder versagen ihren Dienst. Die Festlegung von möglichen Einsatzgebieten eines Rollstuhles
und die damit verbundene Definition von Standard-Hindernissen ist ein schwieriges Unterfangen. Wenn
neben einstufigen Absätzen wie Bordsteinkanten und mehrstufigen Hindernissen wie Treppen auch
Fahrzeuge des öffentlichen Verkehrs bestiegen werden sollen, treten weitere grosse Probleme auf. Neben vertikalen Stufenhöhen müssen gleichzeitig auch horizontale Spalte überwunden werden, welche je
nach Situation höchst unterschiedlich sein können (z.B. je nach Präzision des Busfahrers beim Einfahren in Haltestellen).
Lösungen heute
Es werden heute verschiedene technische Hilfsmittel als
nachrüstbare oder anflanschbare Zusatzgeräte für Rollstühle
angeboten. Diese ermöglichen das selbstständige Besteigen
von kleinen Absätzen etc. Das Überwinden von grösseren
Hindernissen ist aber meistens nur mit einer Begleitperson
möglich, welche die Kletterhilfe bedient und mit dem Einsatz
des eigenen Körpers gewisse Balancierfunktionen übernimmt. Ein Prototyp-Elektrorollstuhl ist fähig, Treppen zu
steigen, indem er auf zwei Rädern balanciert, unterstützt von
einer aufwändigen Regelelektronik. Dabei besteht jedoch
immer grosse Sturzgefahr bei unsachgemässer Bedienung
wie bsp. dem Übersehen von kleinen Hindernissen welche
die von der Regelelektronik vorgegebenen schnellen Balancebewegungen behindern. Zudem müssen längere Treppen
mit einem Handlauf ausgerüstet sein und benötigen eine
aktive Oberkörpermitarbeit des Rollstuhlinsassen. Solche
Systeme stellen extrem hohe Anforderungen an ihre Benützer.
ACN-CH
Skizze 2: Safe Chair beim Überwinden eines
„Extremeinstieges“ in Fahrzeugen
des öffentlichen Verkehrs. Eine aktive Sitzverstellung erhöht das
Komfortgefühl des Insassen und
ermöglicht eine sichere Lageregelung des Schwerpunktes.
15
Neuerungen mit Safe Chair
Ein Spitzenmodell des Safe Chair soll seinem Benützer ermöglichen, selbständig (ohne zusätzliche
Hilfsperson oder sonstige, nicht am Rollstuhl angebrachte Hilfsmittel) ein- und mehrstufige Hindernisse
zu überwinden. Die Hindernisse können ortsgebunden sein wie z.B. Treppen oder Absätze. Zudem sollen alle Fahrzeuge des öffentlichen Verkehrs (ÖV) mit Niederflureinstieg und die neueren Fahrzeuge mit
mehrstufiger Einstiegspartie befahren werden können. Dabei werden einstufige Absätze wie Trottoirkanten und Niederflureinstiege in Fahrzeuge des ÖV’s in der allgemeinen Fahrtrichtung des Rollstuhls überwunden. Steile Hindernisse werden aus Stabilitäts-Gründen (bessere Schwerpunktlage) nur mit Blickrichtung talwärts überfahren. Oberstes Ziel bei allen Bewegungsabläufen ist ein jederzeit sicherer Stand
des Rollstuhls, um bei Störungen (intern oder von aussen) oder Ausfällen von Komponenten den Insassen nicht zu gefährden. Eine aktive Lageregelung des Sitzes ermöglicht ein angepasstes Verlagern des
Schwerpunktes und erhöht den Fahrkomfort des Benutzers.
Innovativer Antrieb und Steuerung
Rollstuhl-Antriebstechnik: Stand der Technik
Stand der Technik sind 24V Bordspannung, Blei-Gel-Akkus, Gleichstrom-Bürstenmotoren und Winkelgetriebe. Eine über Steuerknüppel kommandierte Steuerung steuert die beiden Motoren an, gelenkt wird
mittels unterschiedlicher Drehgeschwindigkeiten der Motoren. Diese Antriebe sind zweckmässig, weltweit üblich, deshalb bekannt und wartbar. Nachteile sind vor allem das grosse Batterievolumen unter
dem Sitz. Wünschenswert wäre bessere Kletterfähigkeit, um Bordsteinkanten von 6 cm Höhe oder mehr
überwinden zu können. Heute möglich ist die Reduktion des Antriebs-Volumens und -Gewichts dank
neuerer Batteriesysteme basierend beispielsweise auf Nickel- und Lithium-Chemie und modernsten,
elektrischen Maschinen wie bsp. permanentmagneterregten Synchronmaschinen. In Projektphase 1 ist
die Machbarkeit eines solchen Antriebs studiert worden.
Anforderungen an kommende Rollstuhl-Antriebe
Erfüllen müsste ein neuartiger Antrieb folgende Kriterien: Hohe Effizienz für grosse Reichweite bei möglichst kleinem Batteriegewicht, minimales Volumen der Antriebskomponenten zwecks Schaffen von gestalterischer Freiheit für die Rollstuhlkonstrukteure (bsp. durch Radnabenmotoren), zuverlässige Energieversorgung zum Vermeiden von Pannen und Totzeiten (bsp. dank Batterie-Management System
BMS und/oder intelligenten Ladegeräten), sowie drehmomentstarke, fein geregelte Antriebsmotoren zum
Überklettern von Bordsteinkanten und Erklettern von Rampen. Die Energieversorgung des Antriebs
muss zuverlässig Hilfssysteme speisen können. Dazu gehören Sitzverstellung, Lebenserhaltungssysteme (bsp. Sauerstoffversorgung für den Rollstuhl-Benutzer), oder Aktuatoren von Festhaltesystemen in
PKW oder OeV. Kontrolliertes Auf- und Entladen des Energiespeichers sind absolut notwendige Voraussetzungen. Ein moderner Antrieb sollte auch Computerschnittstellen gegen aussen aufweisen zwecks
Programmierung und Überwachung oder Alarmierung. Zudem müssen Hilfspersonen externe Steuerpulte einfach anschliessen und bedienen können.
Skizze eines modernen Rollstuhl-Antriebs
Als Energiequelle können Batterien oder in ferner Zukunft benutzerfreundliche Brennstoffzellen zum Einsatz kommen. Preislich sind Blei-Gel Batterien nach wie vor unschlagbar; zur Minimierung des Gewichts
müssten jedoch Batteriearten wie NiMH oder Lithium-Polymer zum Einsatz gelangen. Lithium-Polymer
Zellen sind flach und ergeben bei Stapelung ebensolche Batteriepacks, könnten also in einem RollstuhlChassis platzsparend untergebracht werden. Eine 40Ah 24V Batterie wöge bloss 8kg statt der rund 30
kg im Falle von Blei-Gel. Kontrolliertes Laden und Entladen erfordert selbst bei Blei-Gel minimale Batterie-Management-Funktionalität; bei Verwendung von Lithium-Ion oder Li-Polymer wäre ein BatterieManagement-System nur etwas aufwändiger.
Permanentmagnetisch erregte Synchronmaschinen werden nun erhältlich, der Preis sinkt. Ein Radnabenmotor-Prototyp, bestehend aus einer solchen elektrischen Maschine und einem zweistufigem PlaneDer sichere selbstfahrende Rollstuhl, der auch Treppen steigt
16
ACN-CH
tengetriebe wurde ausgemessen. Die Masse des Prototyps beträgt weniger als 4 kg pro Motor; Drehmomente pro Rad bis zu 100 Nm und Geschwindigkeiten bis zu 10 km/h (25 cm Raddurchmesser) sind
möglich. Der maximale Wirkungsgrad inkl. Getriebe ist grösser als 80%, also wesentlich höher als bisher
üblich. Angesteuert wird ein solcher Motor mittels 3-Phasen Drehstrom-Steuerung. Dank dem Wegfall
des mechanischen Kommutators erhöht sich die Wartungsfreundlichkeit.
Es ist naheliegend, die vielen internen Komponenten (Motoren, Batteriemanagementsystem, Steuerkonsole Fahrer) und externen Komponenten (Ladestation, Steuerkonsole Helfer), aus denen ein Antriebssystem besteht, mittels seriellem Bus zu vernetzen. Ein entsprechendes Antriebssystem ist beschrieben
in [1].
Unklar ist, ob die Bordspannung marktgängiger Rollstühle in Zukunft mehr als die üblichen 24V, beispielsweise 36V, betragen könnte. Denn mittels Wechselrichter können sehr hohe Ströme in die Synchronmaschinen gespiesen werden und entsprechend hohe Drehmomente lassen sich erzwingen. Die
Bereitstellung der notwendigen elektrischen Leistung wäre bei höherer Bordspannung effizienter.
Fazit zum Potential auf der Seite des Antriebs
Modernste Antriebstechnologie kann im Rollstuhl eine Spirale abnehmenden Gewichts in Gang setzen:
Effizientere Motoren erlauben die Reduktion der Batteriegrösse. Die Hochstrom-Fähigkeit modernster
Batterien erlaubt, trotz hoher Drehmomente und der dazu notwendigen hohen Ströme die Batteriegrösse
klein zu halten. Deshalb, und dank der Verschiebung der Motoren ins Rad, wird innerhalb des Rollstuhlchassis viel Platz frei, was die oben genannten Konzepte mit dem Ziel der Sitzabsenkung und der Kletterfähigkeit erst ermöglicht.
Wo stehen wir mit dem Projekt Safe Chair heute und wie weiter?
Am Automotive Day 2003 wurde darüber informiert, dass das Automotive Compentence Network der
Schweiz ein Projekt für die Entwicklung eines sicheren, hindernisüberwindenden Elektrorollstuhls durchführen will. Diesen Herbst wird Phase eins mit der Erstellung eines Abschlussberichts über die Machbarkeit, die finanziellen Rahmenbedingungen und das Pflichtenheft abgeschlossen. Als nächster Schritt
wird die Entwicklung eines Demonstrators angegangen, um für den Erfolg des Projektes wichtige
Schlüsselkomponenten und Konzepte zu überprüfen und allfällige Risiken für die spätere Serienentwicklung zu minimieren.
Wir hoffen, Ihnen an zukünftigen „Selbstfahrenden Tagen“ weiterhin über den erfolgreichen Verlauf des
Projektes berichten zu können.
Projektinformation
Projekt-Teilnehmer: Projektleitung
Wiss. MA
Bernhard Gerster, HTI Biel und Robert Kaeser, ZHW
Die Autoren
Kontakt-Information:
Bernhard Gerster
HTI Biel, c/o Dynamic Test Center AG CH-2537 Vauffelin, BE
Literatur
[1]: Antrieb: Blatter, Jürg, and Fuchs, Andreas W. The smallest series-hybrid vehicle in the world is a
PowerNet compatible, fully electronical, chainless cycle! In: Graf, Alfons, The New Automotive 42V
PowerNet Becomes Reality. Stepping into Mass Production. 2003, ISBN 3-8169-2170-1
Links
http://www.acnetwork.ch
ACN-CH
17
3
Produktion: Nur umgesetzte Ideen bringen Geld!?!
3.1 Die Automobil-Zulieferproduktion von Morgen und der Standort Schweiz
Referent:
Prof. Dr. J. Reissner, ETH Zürich
Die Globalisierung erreicht eine neue Qualität. Sie bedroht die Basis der schweizerischen Wirtschaft –
den industriellen Kern. Immer mehr Konzerne und Mittelständler verlagern Teile der Produktion ins
Ausland. Wer aber die Produktion aufgibt, wird über kurz oder lang auch die Entwicklung verlieren. Was
derzeit geschieht, ist möglicherweise erst der Beginn einer breiten Wanderbewegung, bei der als Treiber
die Arbeitskosten wirken. Lässt sich dieser Prozess noch stoppen und gibt es eine Gegenstrategie?
Der Schlüssel für die Wettbewerbsfähigkeit zwischen Hochlohnländer und Billiglohnländer liegt in der
Durchlaufzeit und in den Qualitätskosten. Die Schweiz ist ja nicht unbedingt schlechter geworden, aber
die Anderen haben aufgeholt. Nun müssen die schweizerischen Unternehmen wieder Tempo machen,
damit der wettbewerbsrelevante Faktor „Arbeitskosten mal Durchlaufzeit plus Qualitätskosten“ einen
Wert erreicht, der einen genügend grossen Vorsprung vor der Konkurrenz sichert. Das ist unsere einzige
Chance.
Ein riesiges Reduktionspotential für Durchlaufzeit und Qualitätskosten gibt es in hochkomplexen, mehrstufigen Produktions-Systemen, die Teile in engen Toleranzen robust herstellen. Die Umformsysteme
gehören dazu. Das Aufspüren des Potentials setzt eine exzellente Ausbildung der Mitarbeiter voraus, für
die Umsetzung sind eine grosse Innovationskraft im Unternehmen und ein entsprechender Kapitaleinsatz notwendig.
Die schweizerische Reaktion kann nur eine Offensive sein:
Besser sein durch bessere Ausbildung und durch bessere Ausbildung zu Innovationen. Arbeitszeit –
Verlängerung und Lohnsenkung sind ein dürftiger Ersatz für Innovationen. Es ist die Defensivtaktik für
Verlierer.
Wann sind Mitarbeiter exzellent ausgebildet?
Wenn sie dafür sorgen, dass im Bereich der Simulationstechnologie
• konsistente Stoffdaten (Verfestigung, Anisotropie) verfügbar sind,
• die Tribosimulation Daten für die optimale Schmierung liefert,
• Risse und Falten im Werkstück sowie
• Werkzeugbruch und –verschleiss sicher prognostiziert werden,
• Bewegung, Belastung, Verformung und Dynamik von Werkzeug-Handlingssystemen sowie von
Umformmaschinen berechnet werden können.
Exzellent ausgebildete Mitarbeiter sind ausserdem in der Lage, mit stochastischen Simulationen eine
robuste Fertigung auszulegen und mit Hilfe virtueller Versagenskataloge die Werkzeug-Inbetriebnahme
massiv zu verkürzen.
Der konsequente Einsatz der numerischen Simulation führt direkt zur virtuellen Produktion. Die virtuelle
Produktion ist heute ein Hoffnungs-träger der Hochlohnländer bei der Verteidigung der Produktionsstandorte gegenüber Auslagern in Billiglohnländern. Selbstverständlich nutzen die exzellent ausgebildeten Mitarbeiter modernste Pressen- und Handlings-technologie.
Trotzdem:
Das Rennen um Wettbewerbsvorteile auf der Basis exzellenter Ausbildung kann auch als Rattenrennen
enden. Das ist ein Begriff aus der Spieltheorie, der bedeutet, dass trotz grösster Anstrengungen das
erzielte Ergebnis mager ausfällt.
Die Automobil-Zulieferproduktion von Morgen und der Standort Schweiz
18
ACN-CH
3.2 Trends in der Automobilindustrie und deren Einflüsse auf die Produkteentwicklung
Agenda
© 2004 IBM Corporation and Dassault Systèmes
Automotive Market
Trends in der Automobilindustrie und deren
Einflüsse auf die Produkteentwicklung
Automotive Trends
The Generative Car
Beat Steinegger
IBM Product Lifecycle Management
Automotive Consulting
1.3
1.3
5. Automotive Day
17. November 2004
HTI Biel
2
Automotive Market
Automotive Market
Absatzmärkte Triade und Nicht Triade
Neue Märkte: Ost-Europa und China
Pkw Dichte
Einwohner
Pkw / 1000
Einwohner
In Mio
In Mio
Russia
152
145
Ukraine
112
48
Polen
285
39
Rumänien
145
22
Afrika
18
823
Argentina
144
38
Brazil
97
176
Kuba
46
40
Mexico
128
101
5
1.285
EU
495
382
Indien
7
1.045
USA+Canada
690
319
Indonesia
16
208
Japan
520
127
Vietnam
6
80
828
Pakistan
5
145
Source: B&D-Forecast
China
Triade
Einwohner
Pkw / 1000
Einwohner
Nicht-Triade
Pkw Dichte
Source: B&D-Forecast
4.195
3
Automotive Market
4
Automotive Market
th
Die China-Story
WW
Motorisierung China: Szenarien
4.44 M cars &
commercial
vehicles
•Bei 10% Waschtum p.a steigt China in 2020 auf 12.1 Mio. Verkäufe
Neue Werke erwartet in 2007
Existierende Werke
Daihatsu/
2000
Toyota, 14.9%
Daimler, 1.0%
650,000
General Motors, 5.0% units
Honda, 4.9%
Daihatsu/
Toyota, 10.2%
Chrysler, 11.5%
Fuji Heavy, 1.5%
1994
350,000
units
HyundaiHyundai-Kia,
Kia, <1.0%
PSA Peugeot, 8.9%
Suzuki, 8.9%
Volkswagen, 33.0%
PSA Peugeot, 15.0%
Suzuki, 2.0%
Volkswagen, 48.0%
2007
BMW, <1.0%
2004 Mazda, 3.0%
Daimler, 1.0%
Nissan, 3.6%
Ford, <1.0%
PSA Peugeot, 5.0%
GM, 9.5% 2.04 million Suzuki, 4.9%
Honda, 6.0% units
Toyota, 2.0%
HyundaiHyundai-Kia,
Kia, 5.1%
Volkswagen, 33.0%
Passenger Vehicules
Source: Ward’s Automotive Reports, WSJ.com
Source – THE WALL STREET JOURNAL ONLINE
Source: Prof. Dr. Ferdinand Dudenhöffer
VW Partnertage 2004
5
ACN-CH
6
Trends in der Automobilindustrie und deren Einflüsse…
19
Automotive Market
OEM segment at a glance
Die grössten Märkte Ost-Europa
Einwohner
in Mio.
Pkw pro
1.000
Einwohner
PkwVerkäufe
2003
FC PkwVerkäufe
2005
FC PkwVerkäufe
2010
1.800
Russland
146
152
1.250
1.400
Polen
39
285
354
440
530
Ukraine
49
112
120
160
230
Tschech.Rep.
10
342
149
185
220
Ungarn
10
238
207
196
215
331
Source: Prof. Dr. Ferdinand Dudenhöffer
VW Partnertage 2004
161
2.520
_
Ost-Europa
3.200
•Von 2003 bis 2010 entsteht zusätzlicher Markt der Grösse Spaniens
Markets & trends
GM
Toyota
Ford
VW
DCX
PSA
Hyundai
Honda
Nissan
Renault
Fiat
Suzuki
Mitsubishi
BMW
Mazda
• Globaler Markt market:
~ 59M Stück für 2003 (2% Wachstum)
~ 65M erwartet in 2007
• Grösstes Wachstum : China
• Neue Märkte: China, Indien, Ost-Europa
• Grösstes Wachstum in den letzten 2
Jahren: BMW, Honda, Hyundai, Nissan and
Toyota
0
5
10
Herausforderungen
Source: Automotive News, 2004 Market Data Book
4.000
Automarkt Ost-Europa
• Preisdruck (Profit stark Rückgängig)
• Gesättigter Markt (Triade)
• Überkapazität: 20M Stück WW, 95 Werke
• Globalisierung
+ 1.480 Pkw
+59%
7
8
Agenda
Automotive Trends
Klein-Familie & Singles
Automotive Market
Automotive Trends
The Generative Car
....unsere Kunden leben in Kleinst-Gruppen
Familie 1900
Familie 2000
Familie 2020
9
10
Automotive Trends – Sicherheit
Automotive Trends
Das Unfallfreie Auto
Klein-Familie & Singles
Basierend auf geprüften Technologien (ABS 1975,
airbags, …)
Grösster Nutzen in der Zukunft durch aktive
Sicherheit. Fahrzeugelektronik spielt dabei eine
immer grösser werdende Rolle.
Airbag mit Personengewichtskontrolle
Herausforderung
integration of active/passive system
Bedingte Kundenakzeptanz, speziell in NA
Untersuchungen zeigen, dass ESC Unfälle
reduzieren kann. Kunden sind heute noch nicht
bereit, Geld für solche Besonderheiten
auszugeben.
Bewusstsein und Training der Kunden ist
notwendig (VOLVO drive to life, BMW training)
eg seat belt pre-tensioner
Sensors : from local to V-V / V-I
ACC adaptive Cruise Control
Panic braking (distance reduce by 15 %)
Passive Sicherheit ist eingeführt :
........ 37% ALLER Haushalte waren 2002 Ein-Personen-Haushalte
........ Daher erwarten wir höhere Vielfalt
Sensors to keep track on the road
Chassis control
superposition steering
Schutz von Schleudertrauma
durch aktive Kopfstützen
(Volvo)
brake system
ESC
variable damping control (suspension)
ABS
Stat. Bundesamt
Roadmap of Active Safety
11
12
20
ACN-CH
Trend – Zulieferer übernehmen mehr Risiko
Automotive Trends - Umwelt
Eco-design / Eco Fabrikation
Verfolgung von wiederverwertbaren Teilen
Fortlaufende Innovation beim Material
Simulation (Eco plastic)
Heute ca. 65 % der
Teile von Zulieferer,
2015 bis 80%
Delphi Corp.
Robert Bosch
Denso Corp.
Visteon Corp.
Lear Corp
Magna International
Johnson Controls
Aisin Seiki Co.
Faurecia
TRW Automotive
Siemens VDO
Valeo SA
ZF Friedrichshafen
Dana Corp.
Continental AG
0
10 000
Total 2003 Revenue from OEM Sales (B$)
20 000
30 000
Unterbaugruppen
Fertigung
Einzelteil
Fertgung
Herausforderung in der Produkteentwicklung
System
Integration
System
Fertigung
Fabrikations
Herausforderung:
Beispiel: Reduzierung
der Farbüberschüsse
beim Lackieren
3D Lackiersimulation
Mehr Druck:
Kosten
Risiko
Zuständigkeit
Innovation
13
14
Automotive Trends / Effects
Automotive Trends – OEM / Zulieferer Beziehung
Premium
Higher segment
Modetrends
Hybrid
Fuel Cell
ELV
Low Emission ICE
ESC
ABS
Lower segment
Low cost Car
Accident Free V-V
V-I
Road Tracking
Airbag
Qualitätserwartungen
Mehr Varianten
Mehr Modelle
Flexible Fertigungslinien
Kleinere Stückzahlen
Qualitäts Erhöhung
Self Driven Car
Preis
Einfache Handhabung
Gemeinsame Benutzung
Während Zeit und Kosten
reduziert werden und
Innovation gefragt ist
15
Legislation
Mode
Qualitästs Wahrnehmung
16
Generative Car
Agenda
Die “Generative Car” Vision :
In Zusammenarbeit mit Autohersteller und ihren Partnern etwickelt:
Eine volle virtuelle Definition und Simulation der Produkte sowie
Automotive Trends
Generative Car
Prozessen, um dem Kunden mehr Innovation zu einem
Automotive Market
angemessenen Preis anbieten zu können….
… basierend auf Commonality,
Reuse & Front-End Loading
17
ACN-CH
18
21
“The Generative Car”
“Generative Car” Lösung
Die “Generative Car” Lösung erleichtert die Transformation der
Geschätfsprozesse im erweiterten Unternehmen.
Zukünftiger “Automotive” Prozess :
“The Generative Car” ziehlt darauf hin, alle Untersysteme an jedem Schritt
der Produkt- und Prozessentwicklung in Richtung „Start of Production"
Services After Sales
Product Architecture & Physical Integration
End Of Life
Product Systems Engineering
Performance Integration & Correlation
System Engineering
SOP
Business & Program Controls
Production Management
Services After Sales
Product Architecture & Physical Integration
End Of Life
Product Systems Engineering
Performance Integration & Correlation
Manufacturing Engineering & Assembly Integration
Vehicle Architecture
Vehicle Synthesis
Powertrain
E&E & SW
Chassis
Interior
Styling Freeze
Styling & Portfolio Alternatives
Manufacturing Engineering & Assembly Integration
Body
Hard Point Freeze
Styling & Portfolio Alternatives
- PDM for Integrated Supply Chain
- Engineering Package Exchange
Kick-off
Powertrain
Production Management
E&E & SW
Business & Program Controls
– Unternehmens Integration
– Konfigurations Management
– EBOM / MBOM
Chassis
SOP
Interior
Styling Freeze
Body
Hard Point Freeze
In process CAE Simulation
– In process simulation
– Advanced CAE
Generative Car Design
– Styling to Class A
– Body In White
– Interiors & Exterior Trim
– Chassis
– Electrical
– Powertrain
Generative Tooling
– Tooling Fixtures
– Mold
– Stamping Die
– Progressive Die
Digital Manufacturing
– BiW Assembly
– PWT machining
– Final Assembly
19
20
Generative Car – Prozess Beispiel
“Generative Car” macht Wettbewerbsfähiger
Produkt Entwicklungs Prozess
(1) Von sequenziellen Aktivitäten zu ProduKt/Prozess Integration
Body Engineering
Beispiel
Nutzen von
World Class PLM
Eingebetttete Wissesregeln
Produkt
Optimierung
Wiederverwendung von Wissen
Prozess
Potenzieller Geschäfts Nutzen
Cycle Time : 35 bis 80% schneller
Produktivität : 20 bis 30% erhöhen
Materialkosten : 10 bis 25% reduzieren
Innovation : 15 bis 20% Weniger ECR
Gemeinkosten : 4 bis 12% reduzieren
Wissen
Nutzen von Wissen
zu intelligenten Templates
Organisation
Wissens Erfassung
(2) Von Carry-Over
Das
richtige Produkt
zur
Richtigen Zeit
Kick-off
Suppliers Collaborative
Solutions
Lifecycle Management
zu integrieren.
Werkzeug
(4) Von mehrfach Rollen
zu dedizierten Personen
(3) Von Person/Person zu Multi-site Zusammenarbeit
21
22
“Generative Car” Heute
Best in Class Product Lifecycle Management
PLM umfasst mehr als gerade den DESIGNDESIGN-Prozess.
Prozess.
Es umfaßt alle Prozesse, von der Idee über die Fertigung zur Produktbeseitigung
Produktbeseitigung
“The Generative Car” ist eine der besten PLM Implementierungen
Portfolio
Planung
Konzept
Entwicklung
Design
Produktion
& Tests
Unterhalt
& Unterstützung
23
24
22
ACN-CH
4
Betrieb/Unterhalt:
4.1 Retrofit: warum Runderneuerung nicht nur für Reifen sinnvoll sein kann
Referent:
Stefan Senft
CEO
RJ Bahntechnik AG / Biel
Ausgangslage
Die Ausgangslage für das Referat befasst sich mit dem Vergleich der Runderneuerung von Reifen und
der Runderneuerung von Schienenfahrzeugen. So unwahrscheinlich es klingen mag, ist der Unterschied
zwischen den beiden völlig unterschiedlichen Ausgangsprodukten zu vergleichen. Bei der Entscheidung
kann in beiden Fällen von den gleichen Ausgangskriterien ausgegangen werden. Diese sind in den zwei
nachfolgenden Präsentationen gegenübergestellt.
Wertschöpfungskette Schienenfahrzeuge / Retrofit-Varianten
Die Wertschöpfungskette von Schienenfahrzeugen unterscheidet sich deutlich von der Wertschöpfungskette der Reifen. Die Zeit der Umsetzung / Realisierung sowie die Investitionen können nicht mit Reifen
verglichen werden. Die Einsatzdauer von einem Reifen kann im Vergleich zu einem Schienenfahrzeug
als äusserst kurzfristig bezeichnet werden. Die Investition für ein Schienenfahrzeug wurde bis anhin auf
eine Lebensdauer von 33 Jahren abgeschrieben. Der heutige schnellebige Trend der Farbgestaltung /
Komfortansprüche der Benutzer / die neuen Ausgangslage für die Betreibergesellschaften sowie dauernd fortlaufende Entwicklung der technischen Ausstattung und der sicherheitsrelevanten Einrichtungen
erfordern das während der gesamten Lebens- und Einsatzdauer der Schienenfahrzeuge diese mehrmals
den neuen Bedürfnissen und technischen Kenntnissen angepasst werden. Gründe für solche Anpassungen sind zu einem neue Komfortansprüche der Passagiere (Geschlossene Verglasungen / Verbesserung Isolation der Schallemissionen / Klimaausrüstung / Farbgestaltung / Sitzkomfort) Anpassung der
neuen Betriebs- und Marketingstrategie der Betreiberin (Touristen und Erlebniszüge / entfallen der Zugbegleitung / nicht bediente Bahnhöfe / Reduktion der Wartungs- und Stillstandzeiten mit Erhöhung der
Zuverlässigkeit) sowie sicherheitsrelevante Anpassungen und Vernehmlassungen (Brandschutznormen /
Umweltauflagen / Zugsicherung / Behindertenkonzept / steigende Kriminalität). Die Fahrzeuge werden
somit nebst den Vorgeschriebenen Unterhaltsarbeiten (Kadenz nach zeitlich begrenzter Frist oder Kilometerleistung) somit auch dauern einem Umbau- oder Refitprozess unterzogen. Die entsprechenden
Varianten des Refitprozess können in 4 Hauptgruppen unterteilt werden. Der Umfang ist abhängig von
den finanziellen Mitteln, welche durch die Betreiberin zur Verfügung stellt oder stellen kann. In den nachfolgenden Präsentationen werden die Wertschöpfungskette sowie die unterschiedlichen Varianten eines
Retrofit von Schienenfahrzeugen dargestellt.
ACN-CH
Retrofit: warum Runderneuerung nicht nur für Reifen…
23
Darstellung Varianten Retrofit
Retrofit Schienenfahrzeug Variante 1
In der kostengünstigsten Variante 1 werden die gesamten Innenausbaukomponenten ausgebaut und
nach Bedarf aufbereitet sowie revidiert. Der technische Umbau beschränkt sich auf ein Minimum und es
wird vor allem der Farbgestaltung sowie der Anwendung von neuen Auskleidungsmaterialien Priorität
gesetzt. Der Wagenkasten wird nach Abschluss der Refitarbeiten für einen Einsatz von 10 - 15 Jahren
im Betriebseinsatz verbleiben.
24
ACN-CH
Beim Umbau der Schienenfahrzeuge sind der technische Eingriff in die Kastenstruktur sowie der Umbau
viel tiefgreifender. Der Wagenkasten wird im folgendem Beispiel getrennt und um 1'800 mm verlängert.
Das Grundkonzept wir völlig überarbeitet und es werden vollumfängliche die gesamte technische Ausrüstung inklusive der elektrischen Verkabelung unter Verwendung von neuen Komponenten ersetzt. Das
Fahrzeug wird den neusten technischen Wissensstand in Betracht der Sicherheit sowie der Umweltbedürfnissen (Klimaausrüstung / geschlossenes Toilettensystem) sowie den gesetzlich geforderten Behindertenausrüstung angepasst. Die Investition kann für eine Einsatzdauer von 15 - 20 Jahren nach Abschluss der Umbauarbeiten im Betriebseinsatz belassen werde.
ACN-CH
25
Auch ein Neubau von einzelnen Fahrzeugen unter Verwendung von Komponenten / Fahrzeugeinheiten
kann als Refit Projekt eingestuft werden. Am Beispiel des Projektes GoldenPass wird der Investitionsintensive Traktionsteil aus einem bestehendem Triebfahrzeug verwendet. Dem Triebwagen wird der Führerstand entfernt und an beiden Wagenenden wird ein neuer Niederflursteuerwagen beigestellt. Die
Komposition verkehrt nun als Pendelzugeinheit. Der technische Retrofitumfang beinhaltet nebst den
beiden Steuerwagen einen Kastenumbau / Anpassung von Triebfahrzeug mit Anpassung der äusseren
Gestaltung sowie einem neuem Innenausbau. Die elektrische Ausrüstung ausser der elektromechanischen Traktionsausrüstung sowie der Triebdrehgestelle und Widerstandbremseeinrichtung wird erneuert. Die Traktionssteuerung wird neu über eine SPS Steuerung mit einer durch die HTI Biel in enger Zusammenarbeit der Betreiberin entwickelte Software gesteuert. Durch den Umbau der Pendelzugskomposition kann die Investition gegenüber einer Neubeschaffung auf ca. 55 - 60% gesenkt werden. Die
Fahrzeuge entsprechen in der technischen Ausrüstung den neusten gesetzlichen Normen und dem Behindertenkonzept wird mit den Niederflurbereichen vollumfänglich Rechnung getragen. Die Fahrzeuge
wirken durch das neue Design sehr modern und können für die nächsten 15 - 20 Jahre im täglichen Betriebseinsatz belassen werden. Durch die allgemein bekanntlich Finanzkürzungen des öffentlichen Verkehrs kann diese Alternative für die Betreibergesellschaften als durchaus attraktive Alternative betrachtet
werden.
26
ACN-CH
Bei der Restauration von historischen Fahrzeugen gilt es grundsätzlich die technologisch interessanten
Fahrzeuge für die Nachwelt zu erhalten. Es können zwei unterschiedliche Lösungsvarianten angewendet werden. Bei der ersten Variante wird das Fahrzeug Originalgetreu aufgefrischt und in nicht fahrtüchtigem Zustand ausgestellt (Museen). Bei der zweiten Variante wird das Fahrzeug für den fahrtüchtigen
Zustand hergerichtet, dies bedingt, dass die gesetzlich erforderlichen Ausrüstungen neu eingebaut werden (Zugsicherung / Restwegschreiber). Die Revision von Oldtimerfahrzeugen ist kostenintensiv und
kann nicht aus Betriebserträgen finanziert werden. Die Arbeiten müssen oft durch Trägervereine, welche
die Arbeiten in Fronarbeit unentgeltlich erbringen, ausgeführt werden. Die durch den Betriebseinsatz
erwirtschafteten Finanzmittel reichen oftmals nur, um den Unterhalt zu finanzieren.
ACN-CH
27
4.2 Förderung der Energieforschung in der Schweiz
Competence
Automotive
Network
Energieforschung der
Automotive Day
öffentlichen Hand in der
17. November 2004 , HTI Biel
Schweiz
Bundesamt für Energie
Martin Pulfer
Leiter Technologiebereich Verkehr
Inhalt
• Entwicklung CH-Mittel
• Aufwendungen der öffentlichen Hand,
Entwicklung der Schwerpunkte
• Wer forscht
• Wer unterstützt
• Entwicklung E-Verbrauch
• BFE R&D - Programme
• Ansätze und Projektbeispiele
Förderung der Energieforschung in der Schweiz
28
ACN-CH
E-Verbrauch / Entwicklung
BFE R+D-Progr. Rat. E-Nutzung
BFE R&D-Prog. Erneuerbare Energie
ACN-CH
BFE R-Progr. Kernenergie
BFE-Bereiche
Bereichsleiter
Ca. Budget 04
[MFr.]
•Kerntechnik und nukleare
Sicherheit
•Regulatorische
Sicherheitsforschung
•Kernfusion
Christophe de Reyff
2.6
29
Vergleich Verbrennung / FC
BFE R&D-Progr. EWG
PEM: Polymer-Elektrolyt-Membran Brennstoffzelle
SOFC: Oxid-keramische Brennstoffzelle
MT: Mikrogasturbine
GM: Gasmagermotor
Beispiel Solarchemie
Beispiel Solar thermisch
Wärmepumpen / Solar / Speicher
Beispiel Verkehr: Pac-Car
30
ACN-CH
4.3
Reifen auf dem mobilen Prüfstand
Zusammenfassung
Reifen sind schwarz, rund und problemlos! Das ist eine gängige Meinung, welche jedoch falsch ist, weil
die Reibverbindung zwischen Reifen und Fahrbahn noch so manches Geheimnis birgt. Das „mobile
Reifenversuchslabor“ leistet einen Beitrag zum besseren Verständnis der Vorgänge am Reifen. Das Ziel
dahinter ist die Steigerung der Verkehrssicherheit als wichtiges gesellschaftspolitisches Anliegen, weil
mit Unfällen einerseits immense Kosten und andererseits unvorstellbares Leid und Leiden verbunden
sind. Die Verkehrssicherheit wird massgeblich durch die Haftungscharakteristik zwischen Reifen und
Fahrbahn sowie der Kraftrückmeldung an die Lenkerin, den Lenker bestimmt. Zusätzlich hat die
Verbrauchsreduktion von Verkehrsmitteln infolge des Kyoto-Protokolls und der daraus resultierenden
CO2–Gesetze erheblich an Bedeutung gewonnen. Im Rollwiderstand des Reifens, der dauernd
vorhanden ist und im Innerortsverkehr einen erheblichen bis dominanten Anteil am
Gesamttreibstoffverbrauch hat, liegt ein Schlüssel zur Problemlösung. In den obgenannten
Handlungsfeldern setzt das „mobile Reifenversuchslabor“ der HTI, Fachbereich Automobiltechnik, an.
Dieses dient der vertieften Untersuchung der Haftungs- und Rollwiderstandseigenschaften von
Fahrzeugreifen auf der Fahrbahn. Dazu können von Reifen in Personenwagendimension auf beliebigen
Oberflächen Brems- und Anfahrhaftkurven sowie Seitenhaftkurven oder Rollwiderstandsverläufe
aufgenommen werden. So liefert das „mobile Reifenversuchslabor“ wertvolle Informationen zu folgenden
gesellschaftlichen Zielen:
•
•
•
Senkung der Unfallzahlen im Strassenverkehr, die derzeit immer noch im Steigen begriffen sind
Verminderung des Treibstoffverbrauches von Strassenfahrzeugen
Verbesserung des Ausbildungs- und Wissensstandes
Wirkung im Sinne der Verkehrssicherheit, der Ressourcenschonung und der Didaktik wird allerdings erst
mit dem Einsatz des Fahrzeuges und der Nutzung der Resultate durch die Kunden erzielt. Im Bereich
der aF&E haben folgende Institutionen ihr Interesse angemeldet und deshalb auch die Definition der
Problemstellung beeinflusst:
•
•
•
•
•
Reifenhersteller
Hersteller von Fahrerassistenzsystemen
Hersteller von Schneeketten und Anfahrhilfen
Tiefbauämter
das einzige Formel 1 Team der Schweiz
Für diese polyvalente Nutzung wurde ein Lastwagen mit einer Leistung von 400kW mit entsprechender
Versuchstechnik, welche eine Eigenentwicklung darstellt, ausgerüstet und mit einer aufwändigen
Hydraulik versehen. Die Hydraulikkreise ermöglichen einen hydrostatischen Fahrbetrieb sowie das
Bremsen und Antreiben der zwei Messräder unter Kraftrekuperation, was der Konstanthaltung der
Messgeschwindigkeit dienlich ist. Die vom Reifen auf die Fahrbahn übertragbaren Kräfte werden sehr
nahe am Rad quarzgenau gemessen. Der Versuchsablauf ist automatisiert, damit im Forschungseinsatz
ein Betrieb mit zwei Personen möglich ist und sich Studierende im didaktischen Einsatz auf die Qualität
der Messergebnisse konzentrieren können, ohne von der Messaufgabe selber und der Kontrolle des
Systems überfordert zu werden. Die eigentliche Innovation liegt einerseits in der Möglichkeit,
Reifenkennfelder auf beliebigen realen Untergründen zu messen, und andererseits wird dank der sehr
geringen ungefederten Massen und der reifennah angeordneten Messtechnik, eine bisher unerreichte
Dynamik bei gleichzeitig sehr kompakten Abmessungen erzielt.
ACN-CH
31
Reifenversuche haben im Fachbereich Automobiltechnik der HTI Biel eine lange
Tradition
Bereits ab dem Jahre 1955 wurde ein erstes Reifenmessgerät, bestehend aus einem Citroën
Kastenwagen und einem Anhänger, zu einem Reifenlabor ausgebaut.
Ab 1957 wurde dann ein Bedford (Abb.1) zum Reifenversuchswagen umgebaut. Aus Gewichtsgründen
erfolgte in den Jahren 1964 bis 1966 ein Umbau auf drei Achsen. Das Fahrzeug wurde dann bis 1972
(Abb. 2) eingesetzt. Das Ende kam schlagartig und unverhofft, da der Versuchswagen nach einem
Selbstunfall ausbrannte.
Abb.1: Reifenversuchsfahrzeug um 1962
Abb.2: Auf drei Achsen umgebaute Variante bis 1972
Bereits zwei Jahre später erfolgte der Start zum Aufbau des Nachfolgemodells (Abb.3), welches zur
Erzielung einer hohen Messgeschwindigkeit aus drei Cadillac Eldorado zusammengesetzt war. In einer
ersten Variante wies das Fahrzeug vier Achsen und nach einer Erweiterung fünf Achsen auf.
Messungen erfolgten an zwei
zusätzlich
eingebauten
Messrädern
Aus
unterhaltstechnischen
Gründen wurden ab 1997
keine
Messungen
mehr
durchgeführt.
Abb.3:
Reifenversuchsfahrzeug um
1985
Unverzüglich wurde die Planung des aktuellen mobilen
Reifenversuchslabors (Abb.4) in Angriff genommen,
wobei das Pflichtenheft in Absprache mit potenziellen
Kunden definiert wurde. Der Aufbau erfolgte nach der
Planungsphase und der Mittelbeschaffung ab dem
Jahre 2001. Nach der Fertigstellung im Juni 2004 erfolgt
derzeit die Inbetriebnahme und bereits im Winter 04/05
sind die ersten Auftragsmessungen geplant.
Abb.4: Mobiles Reifenversuchslabor 2004
32
ACN-CH
Die Eckdaten und Messmöglichkeiten des mobilen Reifenversuchslabors
Basisfahrzeug
Anzahl Messräder
Mercedes Benz Actros 1853
zwei (links und rechts zwischen VA und HA des
Lastwagens angeordnet)
Messbereich Radaufstandskraft
0 bis 5 kN
Messraddimensionen
Personenwagenräder (ab 13‘‘)
Messgeschwindigkeit
0 bis 50km/h (hydrostatisch)
50 bis 120km/h (mechanisch)
Anfahr-/Bremsschlupf
0% bis max. 50%/100%
Schräglaufwinkelmessung
bis max. 30°
Wassertank
2‘000 l für Nassmessungen
Hydraulische Brems- und Anfahrkraftrekuperation
Verstellmöglichkeit von Radsturz und Nachlauf
Auswertemöglichkeiten:
•
•
•
Haft- und Rollwiderstandskurven
Haftwertellipsen (kombinierte Beanspruchung in Längs- und Querrichtung)
Reifencharakteristiken mit Haftung längs und quer, Reifennachlauf,
Schräglaufsteifigkeit (Gaugh-Diagramm)
Rückstellmoment,
Die Auswertemöglichkeiten dienen unterschiedlichen Zielsetzungen. So werden Haftwertskurven und
Haftungscharakteristiken fahrzeugseitig zur Bestimmung des physikalischen Limits und zur Auslegung
von Regelstrategien bei Fahrerassistenzsystemen ebenso gebraucht, wie zur Zulassungsprüfung von
Schneeketten.
Strassenseitige
Nutzungsmöglichkeiten
sind
Abnahmemessungen
von
Strassenabschnitten und die Dokumentation bei der Entwicklung neuer Fahrbahnbeläge.
Wichtig hinsichtlich der Verkehrssicherheit ist neben dem physikalischen Limit insbesondere der Verlauf
des Rückstellmoments der Reifen, weil hiermit die Fahrerinformation und damit die subjektive aktive
Sicherheit massgeblich mitbestimmt wird. Daraus ergeben sich (Norm-)Forderungen an Reifenhersteller
zur Gestaltung der Reifen. Bei der Fahrzeugauslegung sind, zur Erzielung einer möglichst grossen
objektiven aktiven Sicherheit, Kenntnisse des elastokinematischen Reifennachlaufes und der
Schräglaufsteifigkeit der Reifen unabdingbar.
Letztlich nimmt die Simulation mittels Rechnermodellen an Bedeutung zu. Hier bieten Messdaten mit
Einzelparametervariationen, wie sie vom mobilen Reifenversuchslabor zur Verfügung gestellt werden,
Validierungsmöglichkeiten. In diesem Zusammenhang ist die Vertiefung des Verständnisses der
Reifenmechanik zu erwähnen, welches für die Entwicklung neuer Reifensimulationsmodelle und die
Didaktik von hohem Stellenwert ist.
ACN-CH
33
Der Aufbau
Mechanisch
Mit einer flexibel aufgehängten Messradträgerstruktur (Abb.5) wurde eine steife und stabile
Versuchsbasis geschaffen, welche das relativ weiche Fahrzeugchassis nicht übermässig beansprucht.
In diesen Trägerrahmen sind die Messräder, die Antriebshydraulik sowie die Radlastzylinder
eingebaut. Die Messradaufhängung ist eine Doppelquerlenkeraufhängung mit parallel angeordneten
langen und steifen Dreiecken, die aussen eine Drehachse in der Mitte des Radkraftdynamometers
(Messradnabe) bilden. An den fahrzeugseitigen Befestigungspunkten kann der Sturz und der Nachlauf
verstellt werden. Durch das Parallelogramm und die mittige Messnabenabstützung wird die
Messungsbeeinflussung auf ein Minimum reduziert. Das Radkraftdynamometer (Abb.6), welches aus
einer fahrzeugseitigen und einer radseitigen Kohlefaserträgerplatte besteht, welche über vier
dreiachsiale Quarzmesselemente verbunden sind, ist aufgrund bisheriger Erfahrungen vollständig neu
entwickelt worden. Die innere Trägerplatte weist neben den beiden drehbaren Gelenkpunkten einen
dritten Abstützpunkt zur Einleitung des Lenkwinkels auf. Das Rad wird an einer Hohlwelle befestigt,
welche aussen die Radlager trägt und innen einem Tripoïdgelenk für die Einleitung der Anfahr- und
Bremsmomente Aufnahme bietet. Die Radlager sind luftgekühlt, was die Wärmeableitung an die
temperaturempfindlichen Quarzelemente erheblich reduziert.
Abb.5: Messradträgerstruktur mit Messradaufnahme und Hydraulikantrieb
34
ACN-CH
Abb.6:
Radkraftdynamometer
von innen gesehen
Hydraulik
Das Fahrzeug weist eine Haupt- und eine Hilfshydraulik auf. Die Haupthydraulik (Abb.7) besteht aus
drei Ästen (Punkte 1, 2 und 3 in Abb.7), welche pumpenseitig mit einem Getriebe (Pos. 4, Abb.7) und
über dieses mit dem Nebenantrieb des Fahrzeugmotors verbunden sind. Zwei Äste dienen der
Momentesteuerung der Messräder (Pos. 1 und 2) beim Anfahren und beim Bremsen. Der dritte Ast
(Pos. 3) ist mit der Fahrzeughinterachse verbunden, womit Brems- und Anfahrkräfte zu einem
gewissen Grad rekuperiert werden und ein hydrostatischer Fahrmodus ermöglicht wird. Mit der
Hilfshydraulik werden die Messräder angehoben sowie abgesenkt und mit einer konstanten Kraft
belastet.
RA
cl
Pos. 3
MRA
Oil Reservoir
Pos. 4
PRA
Pos. 1
PMW,r s
PMW ,ls
Pos. 2
cl
MMW,ls
MMW ,r s
Motor
cl
Abb.7:
cl
Schema der Haupthydraulik
Steuerung
Sämtliche Funktionen sind über eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) verknüpft. Dabei sind
sowohl Einzelfunktionen abrufbar, wie auch ganze Messabläufe mit allen Kontrollfunktionen darstellbar.
Dies ermöglicht eine sehr grosse Flexibilität bei gleichzeitiger, hoher Messsicherheit. Ein weiterer
Vorteil ist die Möglichkeit, das Fahrzeug mit lediglich zwei Personen zu betreiben.
ACN-CH
35
Messtechnik
In der PC-basierten Messwerterfassung werden sämtliche Messgrössen zusammengeführt und dem
Bedienpersonal unmittelbar nach dem Versuch in Diagrammform zur Verfügung gestellt. Messgrössen
sind mittels Quarz gemessene Messradkräfte in Längs-, Quer- und Hochrichtung (Fx, Fy, Fz), wobei Fx
und Fz in Schub- und Fy in Druckrichtung erfasst werden. Aus den Kräften lassen sich Drehmomente
um Längs-, Quer- und Hochachse (Mx, My, Mz) bestimmen. Weiter werden die Messraddrehzahl und
der Messradwinkel aufgezeichnet. Die Drehzahl hat eine Auflösung von 0,5 Winkelgrad. Zur
Bestimmung des Radschlupfes muss zusätzlich die Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst werden. In
unserem Fall erfolgt diese Messung optoelektronisch, was die Möglichkeit einer gleichzeitigen
Schwimmwinkelmessung (Fahrtrichtung) bietet. Hinzu kommen bei Bedarf weitere Grössen, wie
Temperaturen oder Schwingungsdaten.
Was wurde mit dem Projekt erreicht?
Mit dem mobilen Reifenversuchslabor lassen sich vollständige Reifencharakteristiken mit
Einzelparametervariationen im Zweimannbetrieb, wenn nötig im rollenden Verkehr, messen. Die
Messeinrichtung weist eine sehr gute Dynamik (geringe Masse bei hoher Steifigkeit und radnahen
Messpunkten) und einen breitbandigen Messbereich (Quarze) auf. Damit sind sowohl Rollwiderstands-,
wie auch Haftwertmessungen möglich. Die Ergebnisbeeinflussung durch quarzspezifisches Drift- und
Übersprechverhalten konnte mittels konstruktiven Massnahmen (Dynamometeraufbau und Luftkühlung)
sowie einer rechnerischen Kompensation (Druckkräfte) minimiert werden.
Eine Frage stellt sich schon. Wäre dies nicht alles auch mit einem stationären Trommelprüfstand,
einfacher und kostengünstiger zu realisieren? Das vorgestellte Einsatzspektrum wäre von einem
Trommelprüfstand hinsichtlich Geometrie und Umweltbedingungen nicht abzudecken. Das mobile
Reifenversuchslabor stellt vom Konzept her, eine Ergänzung zu anderen Versuchsmethoden dar. Die
externen Kosten (ohne Eigenleistung) konnten mit CHF 480'000.-, aufgrund der Verwendung eines
Serienfahrzeuges sowie von Systemkomponenten für den Fahrzeugaufbau und der Hydraulik,
erstaunlich gering gehalten werden.
Wo so viel Licht ist, muss auch Schatten sein. Ein Schatten war die relativ lange Bauzeit, welche in
einem hohen Engagement aller Beteiligten in anderen Projekten begründet ist. Mit unzähligen (Über)Stunden haben wir es letztlich doch geschafft und dafür gebührt allen beteiligten Mitarbeiterinnen und
Mitarbeitern sowie den involvierten Studierenden ein ganz grosses Dankeschön.
Vauffelin, 4.11.04
B. Gerster
36
ACN-CH
4.4 1350 km avec un litre
Et oui, 1350 km est bien la distance que notre véhicule peut parcourir avec seulement un litre d’essence
sans plomb 95.
Description du projet :
Le projet a pour but la conception et la réalisation d’un
véhicule à très faible consommation, participant à l’EcoMarathon Shell. Pour ce challenge, le véhicule doit parcourir la plus grande distance possible avec un seul litre
d’essence.
Le véhicule décrit ci-après a été conçu et réalisé par les
écoles d’ingénieurs de Genève (étude de la carrosserie),
de Fribourg (étude du châssis et direction), de St-Imier
(réalisation de la gestion électronique du véhicule) et du
Locle (étude et réalisation du moteur, de l’embrayage,
de la transmission, des roues, réalisation du châssis et
carrosserie, réalisation d’un programme de simulation).
Technique :
Le véhicule
Notre véhicule a une longueur de 3.1m, une largeur de 0.6m et une hauteur de 0.6m environ. La largeur
de voie est de 0.5m alors que l’empattement est de 1.3 m. Sa masse totale est de 30 kg.
Le véhicule repose sur trois roues, deux à l’avant et une à l’arrière. La direction ainsi que la traction se
fait sur la roue arrière.
La motorisation
Le véhicule est motorisé par un moteur de 30 cm3 4 temps, développant une puissance maxi de 1.3 kW à 5'500 tr/min environ et un couple maxi de 2.3 Nm à 4'500
tr/min. Le moteur est de type longue course et possède une longue bielle (diminution
des pertes par frottements entre le piston et le cylindre). La distribution est assurée
par deux arbres à came en tête, culbutés. Les organes de distribution sont entièrement montés sur roulements à billes. L’alimentation en essence se fait par le moyen
d’un injecteur spécial à petit débit (10 g/min), L’allumage, quant à lui, est assuré par
deux bougies. Le moteur est contrôlé par un boîtier de gestion électronique entièrement programmable. Ainsi, la consommation spécifique du moteur est inférieure à
280 g/kWh.
La transmission
L’embrayage se trouve directement sur la roue motrice. Ainsi, lors de l’arrêt
du moteur, la roue seule est entraînée L’embrayage est commandé par un
actuateur électrique.
La transmission entre le moteur et la roue est réalisée par une chaîne.
ACN-CH
1350 km avec un litre
37
Gestion du véhicule
Le véhicule est géré par un système électronique à microprocesseur entièrement programmable. La
carte électronique permet de contrôler notamment les démarrages ; lorsque le pilote décide d’accélérer,
il appuie sur un bouton qui déclenche le cycle de démarrage automatique : le démarreur fonctionne jusqu'à ce que le moteur ait démarré, puis l’embrayage est actionné ainsi que la commande de gaz. La
commande d’embrayage et l’ouverture des gaz sont déterminées en
fonction de divers paramètres (la vitesse de la roue et le régime moteur
notamment). Ainsi, les démarrages sont optimisés en terme de
consommation.
De plus, un affichage LCD donne au pilote les informations de distance
parcourue, vitesse instantanée, vitesse moyenne, régime moteur, température moteur,…
Une liaison sans fil permet de visualiser toutes les données ainsi que de
changer les différents paramètres pendant le fonctionnement du véhicule.
Châssis
Le châssis est réalisé en composite : fibres de carbone et kevlar avec
nid d’abeilles. Ainsi, il présente une excellente rigidité pour un poids
minimum. La partie extérieure du châssis est directement la forme de
la carrosserie.
Carrosserie
La carrosserie est également réalisée en fibres de carbone. Sa forme
est étudiée en soufflerie pour permettre d’excellentes propriétés aérodynamiques. La traînée est très faible et l’écoulement du flux d’air ne
présente pas de décollement (Cx de 0.1).
Sécurité
La sécurité du pilote est aussi étudiée. Un arceau de sécurité protège le
pilote en cas de tonneaux et le châssis offre une structure suffisamment
rigide pour les éventuels chocs latéraux.
Le pilote est maintenu dans le siège par un harnais à cinq points. D’autre
part, le pilote peut sortir très facilement et rapidement du véhicule en cas de
problème. De plus, un extincteur facilement accessible est à la disposition
du pilote.
Le freinage est assuré par deux systèmes à disque totalement indépendants.
Résultats :
Cette année, suite à des optimisations du véhicule, les quatre tentatives officielles ont pu être validées et
les essais préalables se sont révélés concluant, sans problème technique. Le prototype a parcouru 1350
km avec un litre de carburant sans plomb 95 que l’on trouve dans n’importe quelle station service Shell.
De plus, le véhicule a obtenu le 2ème prix du design pour l’ergonomie générale du véhicule, et le 3ème prix
de l’innovation technique qui englobe les choix techniques, les matériaux choisis et la conception des
organes mécaniques et structurels de la voiture.
Objectifs 2005: plus de 2000 km
1350 km avec un litre
38
ACN-CH
5
Entsorgung : Hopp und weg?
5.1 Was geschieht am Ende eines erfüllten Autolebens?
Daniel Christen, Geschäftsführer Stiftung Auto Recycling Schweiz, Bern
1. Kreislauf eines Personenwagens in der Schweiz
Es gibt verschiedene Wege, ein Altfahrzeug los zu werden:
•
Der Letztbesitzer tauscht es bei einem Autoverkäufer gegen ein anderes, neueres Fahrzeug ein.
Dann hat er mit der Entsorgung nichts mehr zu tun. Der Händler hat einen Abnehmer, der das Fahrzeug zum weiteren Gebrauch exportiert oder er gibt es einem Autoverwerter.
•
Der Letztbesitzer bringt es direkt einem Autoverwerter. Ein Altfahrzeug hat einen Restwert, der meistens negativ ist. Eine Umfrage bei Autoverwertern hat gezeigt, dass im schlechtesten Fall 100 - 150
Franken bezahlt werden muss. Dieser Betrag muss den Aufwand für die Entsorgung der Betriebsflüssigkeiten, der Batterie und der Reifen decken. Je nach Marke, Modell und Zustand schraubt der
Autoverwerter brauchbare Teile zum Wiederverkauf ab.
•
Der Letztbesitzer bringt es direkt einem Shredderwerk. Dies ist die schlechteste Variante, da der
Shredder weder für eine saubere Trockenlegung noch für eine Vordemontage eingerichtet ist. Im Übrigen verlangen die Shredderwerke meistens über 200 Franken.
In der Schweiz gibt es circa 100 Autoverwerterbetriebe, die jedoch aus Sicht des Umweltschutzes nicht
alle auf gleich hohem Niveau arbeiten.
Sechs Shredderwerke verarbeiten die trockengelegten Schrottfahrzeuge zu Metallschrotten. Übrig bleibt
ein Abfallgemisch bestehend aus Kunststoffen, Gummi, Glas, Dreck etc., der als RESH (Reststoffe aus
Shredderanlagen) bezeichnet wird. Von den in der Schweiz entsorgten 150'000 Fahrzeugen entstehen
rund 35'000 Tonnen RESH (230 kg pro Fahrzeug). Die Shredderwerke verarbeiten noch andere Metallabfälle, so dass insgesamt 55'000 Tonnen RESH anfallen. RESH gilt wegen dem Gehalt an Schwermetallen als Sonderabfall.
2. Die Stiftung, Ziel und Zweck
Im Jahre 1990 erliess der Bund die Technische Verordnung über Abfälle (TVA), die ein Deponieren von
brennbaren Abfällen ab 1996 untersagte. Aus diesem Grunde musste für RESH eine andere Lösung
gesucht werden. Die Automobil-Importeure erklärten sich 1992 bereit, freiwillig einen Betrag (heute 30
Fr.) pro verkauftes Neufahrzeug in eine Stiftung zu entrichten. Die Stiftung bezweckt die Förderung der
umweltgerechten Entsorgung der in der Schweiz immatrikulierten Motorfahrzeuge, insbesondere die
umweltgerechte Entsorgung der nichtmetallischen Abfälle aus Fahrzeugen (RESH). Der Fonds beträgt
heute rund 85 Mio. Franken. Damit wird die geplante Anlage zur Verwertung von RESH errichtet.
3. Heutige Entsorgung, Finanzierung
Zu Beginn ihrer Tätigkeit musste die Stiftung feststellen, dass für RESH oder ähnliche Abfälle keine geeigneten Behandlungsverfahren bestanden, um die Anforderungen der TVA restlos zu erfüllen. Bis 1996
wurde also noch alles deponiert. Umfangreiche Abklärungen führten ab 1996 zur Übergangslösung der
ACN-CH
Was geschieht am Ende eines erfüllten Autolebens?
39
Mitverbrennung von RESH in Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA). Allerdings kann nur rund 5% RESH
beigemischt werden, weil es sonst zu Schwierigkeiten in den Verbrennungsöfen kommen könnte. Seit
Februar 2000 wird die gesamte in der Schweiz anfallende RESH-Menge in KVAs thermisch entsorgt.
Mittlerweile wurden 350'000 Tonnen auf diese Weise behandelt und damit die Umwelt massiv entlastet.
Zum Vergleich: Im Ausland wird noch der grösste Teil des RESH auf Deponien abgelagert.
4. Projekt RESHMENT®
Das Ziel der Stiftung ist die Realisierung einer speziellen Anlage für RESH. Im Jahre 2000 konnten
Grossversuche auf zwei Anlagen erfolgreich durchgeführt werden. Eine Bewertung durch das neutrale
Paul Scherrer Institut der ETH Zürich gab den Vorzug des RESHMENT®-Verfahrens.
Das Verfahren besteht aus drei Hauptprozessen: Zuerst wird RESH mechanisch in einer Prallmühle vorbehandelt. Aus der grösseren Kornfraktion werden noch die elementar vorliegenden Metalle wie Eisen,
Kupfer und Aluminium aussortiert. Der Rest wird auf rund 3 mm zerkleinert. An diesem Punkt wird Filterasche aus den KVAs beigemischt. Diese weist eine ähnliche Zusammensetzung wie RESH auf, jedoch
ohne brennbare Anteile. Beides zusammen wird anschliessend in einen Schmelzzyklon eingeblasen und
bei Temperaturen um 1'500 Grad Celsius geschmolzen. Die Energie stammt aus dem organischen Teil
des RESH. Zur Stabilisierung der Bedingungen im Schmelzofen wird zusätzlich Sauerstoff eingeblasen.
Als Rückstand fällt eine homogene, verglaste Schlacke an. In dieser Schlacke sind die noch vorhandenen Restmetalle so fest eingeschlossen, dass keine Auslaugung stattfindet. Die weltweit strengsten
Grenzwerte für Inertstoffe der TVA werden erfüllt! Damit kann die verglaste Schlacke unbedenklich abgelagert werden. Die Stiftung und der künftige Betreiber streben aber eine Verwertung dieser Schlacke
als Baustoff oder Sandstrahlmaterial an.
Der dritte Teil dient der Rauchgasbehandlung, die dem hohen Stand der Technik entspricht. Die Wärmeenergie kann am Planungsstandort in Form von Dampf abgegeben respektive verkauft werden. Diese
Nutzung ist wesentlich effizienter als die Stromproduktion. Die gelieferten 220'000 Tonnen Dampf ersetzt
Cimo einen Drittel ihres heutigen Dampfbedarfes. Dadurch werden 16 Mio. m3 Erdgas (entspricht 13'000
Tonnen Heizöl) eingespart. Die Rauchgase durchströmen am Schluss einen Aktivkohlefilter für eine vollständige Reinigung der Abgase.
Aus 19 untersuchten Standorte blieben drei übrig: Altdorf (RUAG), Domat/Ems (Ems-Chemie) und
Monthey (Cimo). Den Ausschlag zugunsten von Cimo ergab die vollständige Nutzung der überschüssigen Energie in Form von Dampf. Dadurch entfällt eine Stromproduktion. Cimo Compagnie industrielle de
Monthey SA ist das Dienstleistungsunternehmen der Produktionswerke von Syngenta Crop Protection
und Ciba Spezialitätenchemie. Rund 2'200 Mitarbeiter sind im Chemiewerk Monthey beschäftigt.
Seit Februar 2003 läuft die Planung. Als Generalplaner wurde mit der VOEST-ALPINE Industrieanlagenbau GmbH (VAI), Linz, einen Vertrag abgeschlossen. Als Betreiber ist die Firma Métraux Services
SA, Etagnières, vorgesehen, die mit der Tochterfirma Thommen-Furler AG bereits seit Jahren auf dem
Sonderabfallmarkt tätig.
Am 16. Januar 2004 konnte das Baugesuch und der Umweltverträglichkeitsbericht (UVB) auf der Gemeinde Monthey eingereicht werden. Seit September 2004 ist die Stiftung im Besitze einer rechtsgültigen Baubewilligung. Im Moment wird die zweite Planungsphase mit dem Basic-Engineering und den
Ausschreibungen vorbereitet. Aufgrund dieses Planungsschrittes wird der Generalunternehmer für die
Ausführung bestimmt. Der Spatenstich dürfte in der zweiten Hälfte 2005 erfolgen. Die Inbetriebnahme ist
für Ende 2007 vorgesehen.
Mit diesem Vorgehen bei der Altfahrzeugentsorgung leistet die Stiftung Pionierarbeit, die auch im Ausland mit grossem Interesse verfolgt wird.
Bern, 4. November 2004
Was geschieht am Ende eines erfüllten Autolebens?
40
ACN-CH
6
Vortragsverzeichnis nach Referent
Referent
Funktion
Thierry Robert
[email protected]
HE-ARC
Hôtel-de-Ville 7
2400 Le Locle
Präsident Konfrerenz der
Generalsekretariat KFH
Fachhochschulen
Länggassstrasse 23
Postfach 710
CH-3000 Bern 9
Dozent für Fahrzeugmechanik und
HTI Biel
Sicherheit
Quellgasse 21
2501 Biel
Renault SA
Paris
France
Leiter Acoustics Integration and ModuRieter Automotive Management AG
larization
Schlosstalstrasse 45
Postfach
8406 Winterthur/ZH
AC-Pool
Departement Technik, Informatik und
Naturwissenschaften
Technikumstrasse 9
8401 Winterthur
HTI Biel
Quellgasse 21
2501 Biel
Institut für virtuelle Produktion IvP
ETH Zentrum CLA F9.0
Tannenstrasse 3
8092 Zürich
IBM Schweiz
Bändliweg 21
Postfach
8010 Zürich
Geschäftsführer
RJ Bahntechnik AG
Solothurnstrasse 156
Postfach 117
2500 Biel/Bienne 6/BE
Programmleiter Verkehr und Batterien / Bundesamt für Energie
Supercaps
3003 Bern
Dr. Fredy Sidler
[email protected]
Bernhard Gerster
[email protected]
Bertrand Hauet
[email protected]
(Sektretariat)
Axel Bertram
[email protected]
Roland Fehr
[email protected]
Andreas Fuchs
[email protected]
Prof. Dr. Josef N. Reissner
[email protected]
Beat Steinegger
Stefan Senft
[email protected]
Martin Pulfer
[email protected]
031 322 49 06
Alexander Stücheli
[email protected]
Daniel Christen
[email protected]
ACN-CH
Institution
Departement Technik, Informatik und
Naturwissenschaften
Technikumstrasse 9
8401 Winterthur
Stiftung Autorecycling
Postfach 5232
CH-3001 Bern
Geschäftsführer
Vortragsverzeichnis nach Referent
41
7
Programm Automotive Day
08.30
09.15h
Vorbereitung der Ausstellung
Eintreffen der Teilnehmer(innen), Besichtigung der
Ausstellung
08.30h
09.15h
09.45h Début du séminaire
•
Ouverture de la séance par le président de l’AC-Pool, Thierry Robert, HE-ARC
•
Les réseaux de compétence du point de vue des Hautes
écoles (spécialisées),
Dr. Fredy Sidler, président, KFH
09.45h Tagungseröffnung
•
Tagungseröffnung durch den Präsidenten des AC-Pool,
Thierry Robert, HE-ARC
•
Kompetenznetzwerke aus Sicht der Schweizerischen
Fachhochschulen, Dr. Fredy Sidler, Präsident, KFH
•
Wie finden KMU’s Zugang zur Forschung? Bernhard
Gerster, AC-Pool
11.15h
Comment les PME peuvent accéder à la recherche ? Bernhard Gerster, AC-Pool
•
10.15h Konstruktion: Visionen werden wahr?
•
Les évolutions du Moteur à Allumage Commandé sous
l’impulsion de l’Automobile; Bertrand Hauet, Renault SA,
Paris
•
Sound Engineering im Fahrzeugbau; Axel Bertram, Leiter
Acoustics Integration and Modularization, Rieter
Automotive Management AG, Winterthur
•
Préparation de l’exposition
Arrivée des participant(e)s, visite de l’exposition
10.15h Construction: Les visions deviennent réalités ?
•
•
Der sichere selbstfahrende Rollstuhl der Treppen steigt;
Roland Fehr, Andreas Fuchs, AC-Pool
(Zürcher
Hochschule Winterthur/Berner Fachhochschule)
•
11.15h
Kaffepause, Besuch der Ausstellung
11.30h Produktion: nur umgesetzte Ideen bringen Geld!?!
•
Die Automobil-Zulieferproduktion von Morgen und der
Standort Schweiz; Prof. Dr. Josef N. Reissner, Institut für
virtuelle Produktion IvP, ETH Zürich
•
Trends in der Automobilindustrie und deren Einflüsse auf
die Produktentwicklung; Beat Steinegger, PLM Automotive Consultant, IBM Zürich
Les évolutions du Moteur à Allumage Commandé sous
l’impulsion de l’Automobile ; Bertrand Hauet, Renault SA,
Paris
Sound Engineering im Fahrzeugbau; Axel Bertram, Leiter
Acoustics Integration and Modularization, Rieter Automotive
Management AG, Winterthur
Der sichere selbstfahrende Rollstuhl der Treppen steigt; Roland Fehr, Andreas Fuchs, AC-Pool (Zürcher Hochschule
Winterthur/Berner Fachhochschule)
Pause café (possibilité de visiter l’exposition)
11.30h
Production : seules les idées réalisées rapportent de
l’argent !?!
• Die Automobil-Zulieferproduktion von Morgen und der
Standort Schweiz; Prof. Dr. Josef N. Reissner, Institut für
virtuelle Produktion IvP, ETH Zürich
• Trends in der Automobilindustrie und deren Einflüsse auf
die Produktentwicklung; Beat Steinegger, PLM Automotive
Consultant, IBM Zürich
12.10h Heure du repas, apéro, visite de l’exposition, repas indiv.
12.10h
Mittagspause: Apéro, Besuch der Ausstellung,
individuelle Verpflegung
14.00h Betrieb/Unterhalt: Er läuft und läuft und läuft . . . . oder
doch nicht?
•
Retrofit: warum Runderneuerung nicht nur für Reifen
sinnvoll sein kann; Stefan Senft, Geschäftsführer RJ
Bahntechnik AG, Biel
•
Förderung der Energieforschung in der Schweiz; Martin
Pulfer, Programmleiter Verkehr und Batterien /
Supercaps, Bundesamt für Energie
•
Reifen auf dem mobilen Prüfstand; Bernhard Gerster,
Berner Fachhochschule, HTI Biel
•
1’350km avec 1 litre; Thierry Robert, HE-ARC, Le Locle
14.00h Utilisation/entretien : il fonctionne, fonctionne, fonctionne
….. ou pas ?
• Retrofit: warum Runderneuerung nicht nur für Reifen sinnvoll sein kann; Stefan Senft, Geschäftsführer RJ Bahntechnik AG, Biel
• Förderung der Energieforschung in der Schweiz; Martin Pulfer, Programmleiter Verkehr und Batterien / Supercaps,
Bundesamt für Energie
• Reifen auf dem mobilen Prüfstand; Bernhard Gerster, Berner Fachhochschule, HTI Biel
• 1'350 km avec 1 litre; Thierry Robert, HE-ARC, Le Locle
15.20h Pause (Möglichkeit zum Besuch der Ausstellung)
15.45h Entsorgung: Hopp und weg?
•
Was geschieht am Ende eines erfüllten Autolebens?;
Daniel Christen, Geschäftsführer, Stiftung Autorecycling,
Bern
•
Das Dreieck 'Technik-Ökologie-Ökonomie' des Autorecyclings; Alexander Stücheli, ZH Winterthur
•
Schlussdiskussion, Resumé
15.20h Pause café (possibilité de visiter l’exposition)
15.45h Recyclage : Jetez et c’est réglé
• Was geschieht am Ende eines erfüllten Autolebens?;
Daniel Christen, Geschäftsführer, Stiftung Autorecycling, Bern
• Das Dreieck 'Technik-Ökologie-Ökonomie' des Autorecyclings; Alexander Stücheli, ZH Winterthur
• Discussion finale, résumé
16.30h Ende der Tagung (Die Ausstellung bleibt bis 17.15h
geöffnet)
16.30h Fin du séminaire (l’exposition reste ouverte jusqu’à
17.15h)
Programm Automotive Day
42
ACN-CH
8
Notizen
ACN-CH
Notizen
43
Notizen
Notizen
44
ACN-CH
SCHENCK PEGASUS GmbH
D- Darmstadt
Ihr Partner in Motoren- und Fahrzeug-Entwicklung
Votre partenaire pour le développement de moteur et de véhicule
♦ Stationäre oder dynamische Motorenprüftechnik (5 kW – 100‘000 kW)
- Hydraulische - Leistungsbremse DYNABAR, Wirbelstrombremse W, WT und E,
Asynchronmaschinen DYNAS2, Tandembremsen
Essais moteurs à régime stabilisé ou dynamique (5 kW – 100‘000 kW)
- Frein de puissance hydraulique DYNABAR, frein à courants de Foucault W, WT et E,
Machines asynchrones DYNAS2, freins Tandem
♦ Fahrzeugprüfstände
- Abgasprüfsysteme, Leistungs- + Getriebeprüfstände, Powertrainprüfung
Bancs d’essais de véhicule
- Systèmes d’essais antipollution, de puissance, des boîtes de vitesse et „transmission“
♦ Instrumentierung und Messtechnik
- Universalmessmodule, Sensoren für Temperatur und Druck
- Kraftstoffverbrauchsmessung, Blow-By Messung
- Abgas-, Trübungs- + Rauchwertmessung
- Konditioniereinrichtungen für Oel, Wasser und Kraftstoffe
- Fahrhebelstelleinrichtung (mechanisch/elektrisch)
Instrumentation et technique de mesure
- Modules de mesure universels, capteurs de mesure pour température et pression
- Mesures de consommation, et „Blow-By“
- Mesures de pollution, noircissement, fumée
- Système de conditionnement pour huile, eau et carburant
- Dispositif de commande d’accelération (mécanique/électrique)
♦ Automatisierungssysteme (Hardware und Software)
- Prüfprogrammierung, Simulation und Überwachung
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DRREEIIEECCKK TTEECCHHNNIIKK--Ö
AUUTTO
ÖKKO
ÖKKO
Verwertungsverfahren der Shredderrückstände
Erlöse aus Altautos gewonnener Materialien und Primärmaterialpreise
Prof. Dr. Alexander Stücheli, Zürcher Hochschule Winterthur
Ein Beitrag zum 5. Automotive Day 2004 des
Automotive Competence Network Schweiz
GLIEDERUNG UND INHALTE
A. EINLEITUNG
B. WERKSTOFFE IM AUTOMOBILBAU UND PRIMÄRENERGIEAUFWAND FÜR
EIN AUTOLEBEN
C. WERKSTOFFSPEZIFIKATZIONEN
‚ Stähle
‚ Aluminium
‚ Kunststoffe
D. WEITERGEHENDE METALLRÜCKGEWINNUNG NACH DEM SHREDDER
E. VERFAHREN ZUR SHREDDER-RÜCKSTANDSBEHANDLUNG
‚ Einteilung der Verfahren
‚ Wo liegen die Probleme rein mechanischer Trennverfahren
‚ Einige thermische Verfahren zur Shredderrückstand- oder Resh-Behandlung
F. DER MARKT UND PREISE FÜR PRIMÄR- UND SEKUNDÄRWERTSTOFFE
‚
‚
‚
‚
G.
Stahlprodukte und Strahlschrotte
Nichteisen-Metalle und deren Schrotte
Preise für Karossen und Motorenblöcke etc.
Kunststoffe
ALTAUTOMATERIALWERT UND REZYKIERTES KUNSTSTOFFMATERIAL
kontra PRIMÄRKUNSTOFFE UND DIE ALTAUTOVERWERTER
A. EINLEITUNG
‚ Druck auf Automobilhersteller ist bekannt - Wie öko-klug war die BRD-Altauto-VO
bzw. die daraus entstandene EU Direktive über Altfahrzeuge?
‚ IDIS (International Dismantling Information System) Plant Software enthält 450 Fahrzeuge mit ca. 30'000 Teile von 25 Herstellern. Für den VW Golf A3 1992-97 mit 1050
kg Leergewicht (o. Fhr.) habe ich folgende Resultate ermittelt:
- 100 Kunststoffteile summieren sich zu 55 kg
- 13 Teile schwerer als 1 kg summieren sich zu 30 kg
- Die 13 Teile bestehen aus 9 verschiedenen Kunststoffen von geringem Sekundärmarktwert
- 'Wertvollere', sogenannte Engineering-Polymerteile wie ABS, PA6 oder PMMA
wiegen 10…100 g. – Wer sammelt diese wirklich?
Die folgenden Ausführungen zeigen, dass der Entsorgungsentscheid, den die STIFTUNG A UTORECYCLING SCHWEIZ getroffen hat, ökologisch-ökonomisch begründet ist.
A. Stücheli / 5. Automotive Day des ACN-CH in am 17. November 2004
1
B. WERKSTOFFE IM AUTOMOBILBAU UND TRENDS
EU-staatlicher Druck zu leichtere, schadstoffärmere und effizientere Auto
Leichtbau = AAlluu ??
Seit 1980 mehr Kunststoffe im Auto für Innenausbau, heute Sättigung bei ca. 15
Gewichts-%.
Alu (A UDI) attackiert Stahl: 1995-2000 'Advantage Alu', heute 'Steel is back'
Konkurrenzkampf
Neue Formgebungsmethoden für metallische Bauteile
AAuuttoohheerrsstteel lluunngg == TTeecchhnnoollooggyy D
Drriivveerr
(aber Gefahr von Over-Engineering)
Entscheidungskriterium für Werkstofftyp bleiben:
D
Moonnttaaggee
OSSTTEEN
N == M
Maatteerriiaallpprreeiiss ++ TTeeiilleeffaabbrriikkaattiioonn uunndd M
DIIEE KKO
Materialzusammensetzung A UDI A8 4.2 QUATTRO (curb mass of 1'780 kg).
Stahl, Eisen 571.3 kg 32.1% Plastik
Al, Mg
267.2 kg 15% Glas
574.4 kg 32.3% Beso. Polymere 30.3 kg 1.75% Elektrik/-tronik
51.5 kg 2.9% Verschiedenes
35.0 kg 2.0%
17.5 kg 1.0%
Al Räder
47.0 kg 2.6%
Reifen
12.7 kg 0.7%
Cu, Messing
52.0 kg 2.9%
Gummi, Elastom. 28.0 kg 1.6% Treibstoff, Fluide 92.8 kg 5.2%
AUTOMOBIL REVUE Nr. 38, September 19, 2002
Materialzusammensetzung A UDI 6 1.9 lt. (dry or empty curb mass *¿ of 1240 kg)
Stahl, Guss
721 kg 58.3%
Aluminium
145.5 kg 11.8%
Magnesium
12.7 kg 1.0%
Plastik/Polymere 188.2 kg 15.2% Reifen, Glas, 108 kg 8.8%
Lacke
156.5 kg
© Plastikteile
7.2 kg
Gummi u.ä.,
© Laminate, Fiber
36.8 kg 3.0%
24.5 kg
Verschiedenes
© Layers, Textile
Kupfer, Blei, Zink 26.4 kg 2.1% Treibstoff, Fluide o. Angabe
AUTOMOBILTECHNISCHE ZEITSCHRIFT (AUDI 6 SONDERAUSGABE; 1997)
*¿
Net oder dry curb mass ist ca. 10% tiefer als die nach DIN/ISO-Norm, die 90% voller Tank und 75 kg
Fahrergewicht miteinschliesst. EU Recyclingquoten beziehen sich auf full curb mass abzüglich das
Fahrergewicht. Zur Berechnungsmethode siehe ISO 22628:200 … jedoch kündigt sich für die BRD
eine davon abweichende Berechnungsart an.
Materialzusammensetzung VW GOLF (average curb mass of 1025 kg)
Stahl, Eisen (250 different types) 64% Leichtmetalle
2.5% Lacke, Farben
0.9%
Kunststoffe (150 different types)
16% Nichteisenmetalle
1.6% Verschiedenes
0.2%
Gummi
4.0% Elektrik/Drähte/Kabel 1.3% Treibstoff, Fluide 5.5%
Glas
3.1% Isolationen
1.1%
VW ANNUAL ENVIRONMENTAL REPORT 1997
Beachte:
‚ Uneinheitliche Gewichts-/Massenbezugsgrössen (was sind 100%?)
‚ Materialzusammensetzung für ähnliche Kleinwagen, untere, obere Mittelklasse,
etc. ähnlich.
‚ Materialzusammensetzung ist für American Family Vehicles und Off-Roader
ähnlich.
‚ Japanische Mittelklassewagen weisen etwas weniger Leichtmetalle auf … beweist konsequent kostenbewusster Automobilbau, um finanzielle Wettbewerbsvorteile zu erzielen!
2
Materialien und Primärenergieaufwendung für 1000 kg
Berechnungsbasis: Europäischer Mittelklassewagen von 1300 kg Gewicht; Baujahr 1995
(Life-cycle analysis by A. Stuecheli; 2000)
Materialanteil Energie pro kg Primärenergie
[kg]
[MJ/kg]
[MJ]
Stahl und (Guss-)Eisen; bearbeitet
650
65-70
43'850
Aluminium-Legierungen; bearbeitet
60
110
6'600
Andere NE-Metalle; bearbeitet
20
70
1'400
Elektrik und Kabel/Drähte
20
100
2'000
Kunst- + Schaumstoffe; verarbeitet
120
95
11'400
Gummi, Elastomere; Reifen
50
120
6'000
Isolationsmaterial, Textilstoffe
15
80
1'200
Glas, Keramik
30
30
900
Lacke, Farben
10
80
800
Fluide (Oele, etc.; kein Treibstoff)
15
44
650
Verschiedenes
10
20
400
75'200 MJ
Total
1'000 kg
75 MJ/kg
Ausgedrückt in Rohöläquivalent (ROE)
1 ROE = 42.6 MJ 1'765 kg ROE
Kredit für Metallrecycling, Oele, Reifen
./. 22'200 MJ
Netto-Primärenergieaufwand für 1000kg
53'000 MJ bzw. 1'245 kg ROE 11 % (10.3%)
Weiteres zumGesamtlebenszyklus eines 1'000 kg Fahrzeuges :
Benzinverbrauch 150'000 km (180'000) 339'918 MJ bzw. 7'979 kg ROE 70.0 % (71.3%)
Benzinherstellung
70'567 MJ bzw. 1'657 kg ROE 14.5 % (14.8%)
Unterhalt, Ersatzteile
23'060 MJ bzw. 514 kg ROE 4.5 % (4.6%)
Entsorgung (Shredder, u.a.) in Pos 1 vernachlässigbar, weil nur 0.02 %
C. WERKSTOFFSPEZIFIKATIONEN
Differenzierte Bewertung der Rezyklierbarkeit bedingt Wissen über die Werkstoffspezifikationen. – Problemdarstellung an Hauptmaterialen Stahl, Aluminium und Kunststoffe.
SSTTAAH
USSSSEEIISSEEN
N
HLL uunndd G
GU
ULSAB Follow-up-Projekte: ULSAS (Ultra Light Steel Auto Suspension), ULSAC (Ultra Light
Steel Auto Closure) and ULSAB-AVC (Ultra Light Steel Auto Body - Advanced Vehicle Concept).
High -, ultra-high -strength, hot - und cold -rolled steels Wärmebehandelte, kaum Legierungsstähle *)
HX
High-strength IF Steel (Interstitial-free)
e.g. for door inners, wheel arch
BHZ
Bake-hardening Steel
for flat parts., door outer, hood, trunk lids
HSZ
High-strength stretch-forming Steel
flat parts., door outer, hood, trunk lids
PHZ
Phosphorous-alloyed Steel
e.g. wheel arch
DP-K
Dual-phase Steel
structural parts, wheel disc
CP-W Complex-phase Steels
door intrusion beams, crash-relevant parts
RA-K
Residual austenite Steel
complex strength-relevant and crash parts
PAS
Microalloyed Steels
structural parts, semitrailing arms
FB-W Ferritic-Bainitic-Phase Steel
wheel rims
Siehe. Neuer BMW 5er Sonderausgabe ATZ & MTZ, Aug. 2003
*
) Werden vom Shredder als Sorte 4 Shredderstahlschrott verkauft und Mini-Stahlwerk zu Baustahl !
Tailored blanks: Massgeschneiderte Stahlbauteile (Tiefziehpartien laser- oder kompressionsgeschweisst mit Flächenpartien aus Ultra-High-Strength-Bleche), die unterschiedliche
Blechdicken aufweisen. Das ergibt Hohe Steifigkeit, tiefes Gesamtteilegewicht, z.B. Autotüren.
Grosse Herausforderung für Aluminium!
3
AALLU
UM
MIIN
NIIU
UM
M
Teurer als Stahl, schlechtere Festigkeiten, muss Nachteil wettmachen in Fertigung.
Wie steht es mit der Rezyklierbarkeit?
‚ Alu-Werkstoffe sind Legierungen, mit Cu, Mg, Si, Mn, and Zn; Werkstoffschlüssel!
‚ Unterscheide zwischen Gusslegierungen (cast) und Knetlegierungen (wrought).
‚ Abkürzungen AlSi9Cu3, AlZn4.5 Mg1, etc. mit Prozente wichtiger Leg.-Elemente.
‚ Knetlegierungen hauptsächlich aus Neu-Alu.
‚ Viele Alu-Legierungen sind inkompatibel.
‚ Vom Rezyklat wird Sortenreinheit verlangt!
‚ Guss-Alu nicht mit Knet-Alu vermischen!
‚ Mg- sind Guss-Legierungen zweier inkompatibler Mn- und Zn Familien. Sind viel
teurer als Alu-Legierungen.
AA Alloy
381.0
B319.0
356.0
A356.2
5182
5754
6111
6016
3003
3105
Si
9.0-10.0
5.5-6.5
6.5-7.5
6.5-7.5
0.2
0.4
0.6-1.1
1.0-1.5
0.6
0.6
Alu-Legierungen und
USA-Kommentar
Wenn die Autoindustrie mehr
Alu-Blech will, hat sie ein Recycling bzw. Alu-Nachschubproblem, denn Knetlegierungen werden benötigt. Aber
die Schwimm-Sink-Anlagen
können Alu-Legierungen
nicht auftrennen.
Fe
1.3
1.2
0.6
0.12
0.35
0.4
0.4
0.5
0.7
0.7
Cu
Mn
Mg
3.0 - 4.0
0.5
0.13
3.0 - 4.0
0.8
0.1
0.25
0.35
0.20-0.45
0.1
0.05
0.30-0.45
0.15
0.20-0.50 4.0-5.0
0.1
0.5
2.6-3.6
0.5 - 0.9 0.1-0.45
0.5-1.0
0.2
0.2
0.25-0.6
0.05-0.20 1.0-1.5
0.05
0.3
0.30-0.8
0.2-0.8
Application
Engine casting
Wheels
Closure sheets
Structural sheets
Bumper extrusion
Zn
3.0
1.0
0.35
0.05
0.25
0.2
5.0-6.5
0.2
0.1
0.4
Prime Alloy and Recycled
38X 319, 356
A356, 5754
6111, 6016, 6063
5182, 5754,2036
4xxx, 3003, 1x00
JOM, Nov. 2001
Prinzipielle Misch-Aluschrott-Trennung
Alu-Knetmaterial
‚ Niedriglegiertes
Typ AlMg
‚ Typ AlCuMg
Typ AlZnMg
‚ Typ AlMn
Typ AlMgSi
Alu-Gussmaterial
‚ low Cu and Fe
‚ high Cu, low Fe
low Cu, high Fe
high Cu and Fe
4
P
PLLA
KU
UN
AS
NS
STTIIK
STTO
OFFFFE
K -- K
E
Die über 1000 KunstMasseanteil im europäischen Durchschnittsauto
stoffteile in einem AuMasse
Automotive Part
Main Plastics Types
to bestehen aus 20 unStossstange
PP, ABS, PC
10.0
terschiedlichen Polymerklassen.
Sitze
PUR, PP, PVC, ABS, PA
13.0
Jedes der Kunststofftei- Armaturenbrett
PP, ABS, PA, PC, PE
15.0
le muss spezifizierten
Tank, Treibstoffsyst. PE, POM, PA, PP
7.0
Anforderungen (Kosten,
Karosse (inkl. Panels) PP, PPE, UP
6.0
Beanspruchung, SicherUnter-Haube-Komp.
PA; PP, PBT
9.0
heit, Aesthetik) erfüllen:
Innenverkleidung
PP,
ABS,
PET,
POM,
PVC
20.0
‚ Aufwändige SpezifiElektrische Komp.
PP, PE, PBT, PA, PVC
7.0
kationen
Aussenteile
ABS, PA, PBT, ASA, PP
4.0
‚ Hersteller-Knowhow
enthalten
Lichtanlagen
PP, PC, ABS, PMMA, UP
5.0
‚ Polymermischungen
Polsterungen
PVC, PUR, PP, PE
8.0
mit GF- und anderen
Versch.
Behälter
PP,
PE,
PA
1.0
Füllstoffen
‚ Herstellergarantien
Total
105.0 kg
gegenüber AutoherTabelle von APME (Association of Plastics Manufacturers in Europe)
steller
‚ Kein lohnenswertes Stoffrecycling (über Recyclingerlöse mehr in Abschnitt F)
D. WEITERGEHENDE METALLRÜCKGEWINNUNG NACH DEM SHREDDER
Nicht alle Shredderbetriebe haben eine weitergehende Metallabtrennung nach dem Shredderprozess; in der Schweiz ist es
nur bei Wiederkehr AG in Waltenschwil (AG) der Fall.
Schwimm-Sink-Anlagen trennen im Allgemeinen zuerst
Nichtmetalle ab, dann die
leichten NE-Metalle von den
Schwermetallen.
Zwei spezifische Dichten der
Trennflüssigkeiten:
‚ 2.5 für Alu ('Sink'), Mg/AlLegierungen
schwimmen
bei 2.0; es geht jedoch viel
NE-Abfall mit (z.B. Plastik)
‚ 3.5 für Schwermetallabtrennung von Steinen u.a.
‚ Dazwischen können auch
Wirbelstromscheider
(Eddy
Current Separation ) eingesetzt
sein, um NE-Metalle abzutrennen. Es entsteht dabei
meist eine Alu-reiche Fraktion. Doch Teileform hat grossen Einfluss.
5
E. VERFAHREN ZUR SHREDDER-RÜCKSTANDSBEHANDLUNG
E.1 Eine Verfahrenseinteilung
Prozesstyp
Nur
Mechanische
Trennung
Mechanische
Trennung
plus Zerkleinerung
Thermische
Verarbeitung (mit
od. ohne
mechanische Metallabtrennung)
Einheitsoperationen
Technologielieferant
Stand der Technik – Kommentar dazu
Wenige Betreiber, meist mit mehreren
Einzelshreddern und total über 100’000
Sieben, Vibro-Sichten,
Maschinen- sowie
Rotationstrommel, Hyd- Apparatehersteller; Altautos und Industrieware haben beso.
rozyklon, Sedimentati- praktisch keine Ge- Anlagen aus käuflichen Maschinen zuon, Wirbelstromtrensamtverfahrenslie- sammengestellt (Eigenentwicklung)
nung … Handsortierung feranten od. Anlage> 50% Rückstände gehen in Deponie
bauer
Lohnende Metallstücke über 15mm
Trennungen wie oben
sowie Setzapparate,
Farberkennung u.a.
Beso. Shredder, Turbomühlen, Wellen- u.
Schneidzerkleiner
Entwicklungen dch.
Apparate-/Masch.Hersteller, Kleinfirmen, Consultants,
Staats F+E; Autobauer (Feigenblatt?)
Nicht Stand der Technik (ausser HURON
VALLEY STEEL, hat 5mio. ELV/a und z.T. JP);
Resh geht in Deponie, ev. Verbrennung
Die meisten Entwickler haben keine Ahnung vom Recycling-Business und den
Anforderungen an Sekundärmaterialien.
Erfahrung: R
weerrtt.
Maarrkkttw
Reesshh hhaatt kkeeiinnee M
Pyrolyse-Vergasung
Wenige KVA-Firmen Metalle mit Inertem vermischt; SchwerWirbelschicht, DrehJapan. Stahlwerke/ Me im Abgas, Filterasche, RGRückstand
Energierückgewinnung nur 2/3 Input
rohr, Rost, Schachtofen ihre Engng.Firmen
Weniger effizient als Verbrennung
Thermische AbfallVerbrennung
Stand der Technik, aber
anlagenbauer
und
10% in KVA
‚
Zugabe
Rost
Engng.-Firmen
Drehrohre haben kaum Limiten
Drehrohr
Jap.-Anlagen laufen mit bis 50% RESH
THERMOSELECT
Reine O2 Verbrennung
Verglasung/Smelting
H-Temp.-Verbrennung
HT-Zyklon + settling
EBARA ; TAKUMA *)
Pyrol.+HT-Schmelz
CONTOP Zyklon
(One-Step Prozess)
Wenig Metallrückgewinnung ( 5 %)
Eine industrielle Anlagen mit SLF
CONTOP in Pyrometallurgie o.k.
Nachweis für Resh u.ä. steht noch aus
CITRON
THYSSEN;EKOSTAHL
K OBESTEEL /NISSAN
EdF, NKK, u.a.
Grosse Betreiber
SVZ SCHWARZE
PUMPE
Stand d. Technik; gibt gebrannte Asche
Keine Schwermetalle (Cu) in den Stahl!
Pilotanlage i.O.; Energieeffizienz (??)
EAF lässt kaum eine Verbrennung zu
Zementqualität darf nicht leiden !
Wenige % SLF zulässig, es braucht aber eine Resh-Vorbehandlung (Kompaktierung);
Komplexe, sehr teure Technologie
Einzelprozesse:
Drehherdofen
Hochofen
Kupolofen
Elektroofen (EAF)
Zementofen
HT-Vergasung, Cogeneration, Methanol
synthese
P.S.:
SIEMENS-Schwel-BrennAnlage
*)
TAKUMA CO. J APAN Es läuft eine SSB-Anlage bei K ANEMURA
(ehem. Lizenzneh- CO. (30'000 jato); mech, Separation hatte
mer)
Probleme
6
E.2 Wo haben rein mechanische Trennverfahren ihre Probleme?
Siebanalyse von ShredderLeichtFraktion (SLF, das ist Resh; Residue of Shredder)
Fraktion
[mm]
80
40-80
20-40
10-20
5-10
2-5
1-2
1
Summe
Masseanteil
[%]
4
8
9
13
10
10
12
34
100
Asche
[%]
28
33
35
40
58
64
70
81
60
Al
[%]
3.8
5.1
4.8
3.6
2.3
2.1
1.0
0.7
2.3
Fe
[%]
4.7
7.5
11.0
13.0
19.0
17.0
18.0
23.3
17.2
Cu
[%]
0.3
0.4
0.6
0.8
1.6
2.4
1.6
0.6
1.0
Cl
[%]
3.9
4.2
3.5
3.1
2.7
2.8
1.9
0.6
2.2
GOLDMANN, FROEHLICH, 1991
‚ Grössenverteilung (viele Quellen, breite Verteilungsfunktion)
Partikelgrösse bis 1 mm:
10 - 15
% (Masseanteil)
Summe bis 5 mm:
35 (+/- 5) %
Summe bis 10 mm:
50 (+/- 8) %
Summe bis 25 mm:
70 (+/-10) % } Diese Fraktionen enthalten ca.
Summe bis 50 mm:
90 (+/- 5) % }
8% Fe, 3-4 % Cu, 3-4% Al
‚ Potential für Metalrückgewinnung aus Shredderrückstand
Im Resh 15-25% Stahl (rückholbar 3-4% vom Resh); 20-30% von Al und von Cu (1% Resh)
‚ Viele Metalle und Nichtmetalle sind chemisch gebunden als Oxide: Al 2O3, As 2O3, BaO,
CaO, CdO, CoO, Cr/Cr 2O3, Cu als CuO, Fe als Fe2O3/Fe3O4, Hg als HgO, K 2O, Mg als MgO,
MnO, Na2O, NiO, P2O5, PbO, Sb 2O3, SiO2, SnO2, TiO2, V2O5, ZnO.
Darum keine %-Zahlen
Elemente
Al
Aluminium
As Arsen
Ca Calcium
Cd Cadmium
Co Cobalt
Cr
Chrom
Cu
Kupfer
Fe
Eisen
Hg Quecksilber
K
Kalium
Mn Mangan
Mg Magnesium
Na Natrium
Ni
Nickel
Pb Blei
Si
Silizium
Sn Zinn
Ti
Titan
Zn Zink
PCB
HC Hydrocarbons
(g/kg)
(mg/kg)
(g/kg)
(mg/kg)
(mg/kg)
(g/kg)
(g/kg)
(g/kg)
(mg/kg)
(g/kg)
(g/kg)
(g/kg)
(g/kg)
(g/kg)
(g/kg)
(g/kg)
(mg/kg)
(mg/kg)
(g/kg)
(mg/kg)
(mg/kg)
Mittelwert
20.0
28.5
40.3
61.2
100
1.2
11.4
141
2.1
2.7
1.0
8.7
7.1
1.2
5.1
76.5
66.7
0.06
9.0
20
15
Wertebereich
10-25
20-35
30-60
40-80
25-160
0.34-1.3
3.3-30
50-240
1-3
1.5-3
0.4-1.4
8-10
1-12
0.4-2.8
0.3-14
45-110
25-90
0.01-0.1
2-13
5-100
10-30
Die SLF/ReshElementaranalyse
(keine %-Zahlen ableiten)
Alle Schwermetalle (As, Cd, Cr,
Co, Cu, Hg, Ni,
Pb, Sn, Zn) und
PCB sind ökologische Problemstoffe, die nicht
in eine Mülldeponie gehören.
Am Ende eines Autolebens hinterlassen 1'250 kg ca. 375 kg Resh u.a. (z.T. in Schrotten)
7g Arsen 15g Cadmium 25g Kobalt
300g Chrom 2'900g Kupfer 1'275g Blei
0.5 g Quecksilber
2'250 g Zink und 2.5 g PCB
irgendwo verstreut.
7
E.3 Einige thermische Prozesse zur Shredder-Rückstand (SLF) Behandlung
1. One-Step Prozess ohne mechanische Abtrennungen von Materialpartikel
Pyrolyse/Vergasung
Pyrolyse = Thermische Zersetzung unter Sauerstoffabschluss. Falls Luft, Sauerstoff
oder Wasserdampf zugeführt werden, spricht man von Vergasung, die mit Stöchiometrie
0.7 arbeitet.
Drehherdofen Rotary Hearth Furnace als OXYREDUCER CITRON Prozess; Entwicklung INMETCO
INMETCO hat seit über 20
Jahren einen RHF vor einem Elektroofen, um Metallstaub/-schlämme pyrochemisch zu reduzieren.
CITRON hat den RHF auf
Rückstandbehandlung von
NE-Metallen und Resh
übertragen; Verfahren
nicht optimal, aber interessant wegen Resh-Heizwert
und dem organischen Kohlenstoff als Reduktionsmittel.
RHF-Technologie wird zunehmend für Roheisenherstellung eingesetzt vor allem für Eisenschwamm.
CITRON hat bei Le Havre
Shredder
Residue
Pro 1 Tonne einer 2:3 Mischung Resh : Me-Schlamm werden 1.4 m 3 Wasser, 150 kWh Strom,
16 Nm 3 Erdgas benötigt; es ergeben sich 500 kg FeOx , 10 kg Zn und 6'000 Nm 3 Abgas and
0.62 m 3 Abwasser. Über die Rückstandsqualität kann man geteilter Meinung sein.
Shaft furnace (K OBE STEEL ; BG/L URGI Vergaser bei SVZ SCHWARZE PUMPE; B ATREC Batteries)
Im Kupolofen von K OBE STEEL wird RESH
im Schachtofenoberteil getrocknet und weiter unten zersetzt. Bei 1'600o C im Unterteil
findet
eine
Verbrennung
mit
O2angereichter Luft und Koks statt, was zur
Bildung von Reduktionsgas für die Pyrolyse von Plastik im oberen Teil ermöglicht.
Anorganisches and Metalle schmelzen und
werden als Schlacke/Metall-Schmelze ausgeschleust. Das Abgas wird thermisch genutzt. Pro 1 to Resh benötigt man 50 kg
LPG, 200 kg Koks and 1800 m 3 O2/Luft; es
fallen 4'000 m 3 (STP) Ofengas (10 Vol.-% H2,
15% CO, 15% CO2, 1% HCl; Bilanz für H2O &
N2) mit dem Heizwert von ca. 3 MJ/m 3, was
tief ist.
2. Verbrennung
Rostfeuerung: In mehr als 20 KVA’s in der Schweiz und Deutschland wird Schweizer
RESH dem Müll beigemischt (ca. 5%) und mitverbrannt. Jedoch kann man im Eluat solcher Müllschlacke eindeutig erhöhte Schwermetallkonzentrationen (z.B. Cu) nachweisen. Darum gehört RESH auch nicht auf eine Deponie. Über die Eluatgrenzwerte von
Müllschlacke sind die Meinungen geteilt.
8
3. Pyrolyse/Vergasung mit einer Ascheaufbereitung und Rückstandseinschmelzung
Luft , ev. O2 ( < 1)
Abgas zur Reinigung und
Ener gienut zung
Ver gasung
Bodenasche-I ner t esMet al-Separ at ion
Verglaste Schlacke
In Japan haben EBARA and TAKUMA le eine solche Anlage gebaut für Resh. EBARA's
TWINREC Prozess ist bei SEINAN CORP. in Aomori seit Ende 2000 in Betrieb. SEINAN besitzt 5 Shredder and 2 NE-Trennanlagen. Die TWINREC-Anlage hat 2 Linien für je 10 t/h
(70% Resh, 30% mechanisch entwässerter Klärschlamm), die thermische Wärmeleistung beträgt 40 MW.
Die von TAKUMA für K ANEMURA CORP. erbaute Anlage für 30'000 jato basiert auf dem
Schwel-Brenn-Verfahren. Die Pyrolysetrommel ist 24 m lang, D = 2 m, hat 110 Heizrohre
mit DR = 90 mm, die von Heissgas durchströmt sind. Für 1'000 kg Resh-Pyrolyse bei
450o C sind 28 kg Oel nötig. Die Pyrolyserückstände passieren dann Vibro-Kühler,
Vibro-Siebung, Reinigungstrommel, Kugelmühle, Separatoren u.a., um erstens das Pyrolysematerial zu entflechten und Fe, Al und Cu abzutrennen. – Die 2. thermische Stufe
ist eine Hochtemp.-Kammer (D = 3.4 m, H = 10 m), wo Pyrogas, kohlenstoffhaltige
Rückstände verbrannt und mineralische Feinteile, Staub etc. bei ca. 1'400oC eingeschmolzen werden. Die Schlacke erfüllt den japanischen Eluattest und kann als Füllmaterial im Strassenbau eingesetzt werden. Die Verstromung gibt 500 kWh pro 1'000 kg
Resh.
4. Weitergehende Rückstandsauftrennung und thermische Behandlung mit Schmelzung
Ende 2001 hat STIFTUNG A UTO RECYCLING SCHWEIZ sich für den RESHMENT Prozess entschieden. Es ist eine Anlage für 105'000 jato Resh und andere Rückstände (Filterasche
u.a.) am Chemiestandort Monthey geplant. Der Entscheid basiert auf weitreichender
Technologie- und Projektevaluation und mehreren 400 to Dauerversuche auf Anlagen.
Zur Prozessarchitektur
Die 1. Stufe ist eine weitergehende Zerkleinerung, die eine Abtrennung von Al, Cu und
Fe ermöglicht. Der Grund liegt aber darin, dass die einzige thermische Stufe mit einem
CONTOP Schmelzzyklon von VAI, Linz, betrieben wird, wo die Partikel wegen der sehr
kurzen Verweilzeit nur einige Millimeter gross sein dürfen. Für die Reaktortemperatur
von 2’000o C zur schnellen Oxydation und Rückstandsschmelzung wird Sauerstoff benötigt. Zn, Pb, Cd und Hg verflüchtigen sich und werden später auskondensiert.
O2
Luft
Abgasverbrennung
KVA Filt erasche
Abgas
Wärmerückgewinnung
Rauchgasreinigung
Resh
CONTOP Schmelzzyklon
Rückstandsverbrennung,
Zerkleinerung und
Schwermetallabtrennung
SLF
Zn/ Pb
Wärm e
Metallabtrennung
und Schlackeschmelzung
RGR- ( St rom )
Rückst ände aus
Fe
Cu
Al
Cu/ Fe-Regulus
Schlacke
Abw asser
9
F. MARKT FÜR PRIMÄR- UND SEKUNDÄRWERTSTOFFE
F.1 Zum Markt für metallische Wertstoffe
Im Metallschrottehandel gibt es eine
Vielzahl von Scrap Specifications &
Guidelines und Terms of Trade & Negotiation Rules for Transactions.
‚ Schrottpreise werden dominiert
durch die Primärmetalle der Commodity Markets COMEX and LME;
auf Schrott gibts einen Abschlag.
‚ Rohstoffmärkte sind spekulative
Märkte mit backwardation und future contracts. - Die heutige Preissituation geht nur beschränkt auf
die Nachfrage aus China zurück.
‚ Die Märkte sind grossen Schwankungen unterworfenen. Die Rohstoffländer sind die armen bzw. billigen Länder (ausser bei Erdöl).
‚ Die Grundstoffindustrien in BRD,
USA, Japan sind auf Verliererstrasse. Aufstrebend für Stahlprodukte
sind Indien, Türkei, Brasilien mit inakzeptablen Arbeitsbedingungen.
‚ Langfristig sind nicht nur jene für
Eisen/Stahl sondern alle Metallpreise inflationsbereinigt gesunken.
F.2 Stahlprodukte und Stahlschrotte
Zwei Preistabellen für den
Blick auf Spezifikationen
und den daraus resultierenden fragmentierten
Markt.
Between March 2001 and December 2002 the prices fall back
by approx. 10%. A steep plunge
took place in ’01 after September
11.
In 2002 the current world economic outlook was rather gloomy
and raw material economy did
not expect very soon an upswing. We are still waiting for it.
10
Stahl von Autowracks entspricht der Sorte 4 und muss die Schüttdichte > 0.9 haben.
“Old steel scrap fragmentized into pieces not exceeding 200 mm in any direction for 95 % of the
load. No piece, in the remaining 5%, shall exceed 1000 mm. Scrap should be prepared in a manner to ensure direct charging. – Grades 1, 2 and 3 must not exceed 1.5 x 0.5 x 0.5 m, densities
0.6 t/m3”.
F.2 Nichteisen-Schrotte
11
F.3 Market Prices für Autokarossen, Motor-Blöcke,Batterien, Katalysatoren etc.
Die folgenden Preise sind Marktpreise aus den USA aus dem letzten Jahr. Verglichen
zu heute, sind die Schrottpreise seit Ende Januar 2003 um 75 % gestiegen … aber sie
werden auch wieder fallen: Im November 2001 waren sie auf 70 % des Preisniveau vom
Januar 2003! – Für Katalysatoren erhält man in Europa bedeutend mehr, ca. 20-25 €.
1 U.S. ton is 1 short ton,
i.e. it corresponds to
0.9072 metric ton; 1 lb.
corresponds to 0.4536
kg.
F.4 Kunststoffe
Man beachte die grossen Preisschwankungen über nur ein Jahr; das nennt man dynamische Märkte! Die Kunststoffpreise reagieren sehr verzögert auf steigende Ölpreise.
12
G. ALTAUTO-MATERIALWERT UND REZYKIERTES KUNSTSTOFF- KONTRA
PRIMÄR-KUNSTSTOFFMATERIAL UND DIE ALTAUTOVERWERTER
G.1 Der Materialwert eines verschrotteten Altauos
‚ Man mache eine simple Rechnung mit den Brutto-Erlösen aus dem Verkauf der Metallschrotte, Sekundärkunststoffe.
‚ Man nehme die Gewichtsangaben der wichtigsten Materialklassen für 1’000 kg Auto
(z.B. für den VW Golf) und berechne den Erlös mit den angegebenen Schrott- bzw.
Sekundärmarktpreisen, die aktuellen und in Klammern jene aus dem Jahre 2002.
650 kg Stahl (95% Rückgewinnung)
618 kg à 230 (135) EUR/to = 115500 (83.40) EEUUURRR
60 kg Aluminium/Leichtmetalle (80%) 48 kg à 700 (600) EUR/to = 3333..6600 (28.80) EEUUURRR
120 kg Kunststoffes (25% Rückgew’ng) 30 kg à 200 (150) EUR/to = 66..0000 (4.50) EEUUURRR
‚ Die Rechnung ist vereinfacht, der Bruttoerlös von 119900 EEUUURRR (2004), 111177 (2002) und 7755
(2001) enttäuschend, es sind noch alle Aufwendungen zu bezahlen. Natürlich erhält
der Altautoverwerter für einen Katalysator etwa 20-25 EUR … wenn er nicht schon
vorher ausgebaut ist. Auch die Rest-Fraktion, der Resh, hat seinen Entsorgungskosten, der bringt keinen Erlös? Welche Materialien sollte man noch als Rezyklate aus
dem Resh mechanisch zurückgewinnen?
‚ Offensichtlich, Resh ist kein Geschäft, man erzielt auch keine signifikante Rohstoffeinsparung mittels Ausbauen einiger Kunststoffteile, deren Wiederaufbereitungsweg
aufwändig ist. Arbeiter, ob in einem Shredder- oder Recycling-Betrieb arbeitend, haben weder einen interessanten noch einen finanziell attraktiven Job.
‚ Der Recyclingmarkt betrachtet nur Metalle als interessant. Die längerfristigen Aussichten sind aber nicht besonders rosig, wenn man die Rohstoffpreis-Entwicklung
betrachtet. Altmetall- und Rohstoffhändler wissen seit Generationen, was sich lohnt.
Man weiss, dass Altelektronik wird in grossen Mengen in Drittwelt-Länder verschifft
wird, um zu tiefsten Kosten teilweise wiederaufbereitet zu werden!
G.2 Was tun mit Kunststoff?
‚ Kunststoff-Recycling ja, wenn sortenrein, nur so ist es eine wirkliche Wiederverwertung möglich, allerdings für billig Anwendungen. Man lasse sich nicht täuschen von
Autoherstellerangaben, sie hätten x0’000 to Kunststoff Y rezykliert. Es handelt sich
doch um Produktionsabfälle, im Prinzip noch junge, ungebrauchte Ware.
‚ Der Primärenergiewert von Altauto-Reshs ist, verglichen zum Primärenergieaufwand
für ein 180'000 km Autoleben ca. 0.2%. It is stupid to recover plastics from ELVs!
‚ Vom ökologischen Standpunkt muss die umweltverträgliche Beseitigung der Resh
zentral sein, die Schwermetalle müssen inertisiert werden. Denn: D
Diilluuttiioonn iiss nnoo ssoolluu-ttiioonn!! Das können thermische Behandlungsverfahren! Aber Resh gehört nicht in einen Hochofen, Zementwerk u. dgl. Darum baut AutoRecycling Schweiz eine Anlage.
G. 3 Was ist der Recyclingbeitrag der Altautoverwerter?
Die meisten guten Altautoverwerter sind in der VASSO organisiert und bauen jene Teile
aus, für die eine Nachfrage besteht … weil andere entsprechende Autos noch immer
auf den Strassen sind. Ausbauen und wiederverwerten liessen sich viel mehr Teile, aber je älter ein Auto desto kleiner die Nachfrage nach Gebrauchtteilen. Interessant sind
vor allem Unfallfahrzeuge, die den Auto-Versicherungen abgekauft werden müssen.
Der Recyclingbeitrag der Altautoverwerter beträgt liegt bei 50-60 Mio. Franken, die Hälfte gilt als Entlastung unserer Autoversicherungsprämien.
Die Geschäftsidee, einst auf dem Gelände der Munitionsfabrik Altdorf gestartet, man
baue in der Schweiz möglichst viele Altauto-Teile aus und exportiere sie in den Osten,
schlug kläglich fehl … aber vor allem in der BRD überschätzt man noch immer die Aufnahmekraft der Märkte für jegliche Recyclingprodukte, besonders von Altkunststoffen.
The End
13

d - ACN-CH Das Automotive Competence Network Schweiz

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