Light Electric Vehicle (LEV) unterscheiden sich grundsätzlich von etablierten Fahrzeugkonzepten - nicht nur im Bedarf an Betriebsenergie- und Betriebsmittelverbrauch, sondern auch in Produktion, Nutzung und Kreislauffähigkeit. Basierend auf einem verkehrstüchtigen Prototypenfahrzeug der Zulassungsklasse EU L7e werden im Projekt "LEVmodular" alternative Fahrzeugkonzepte auf ihren potenziellen Beitrag zu einer Kreislaufwirtschaft untersucht.
Nachhaltigkeit in Produktion und Einsatzvielfalt
Light Electric Vehicle bieten die Chance, Fahrzeuge neu zu denken - vom Einsatz innovativer Materialien über dezentrale Produktion in relativ kleinen Losgrößen bis hin zu neuen Mobilitäts-konzepten. Die Projektpartner untersuchen an diesem Beispiel, unter welchen Bedingungen die Fahrzeug-zulieferindustrie an einer neuen Mobilität mitwirken kann.
Sie leisten damit einen Beitrag für Herausforderungen, vor denen nicht nur dicht besiedelte Städte angesichts zunehmender Verkehrsdichte stehen - ob Paketzustellung auf der letzten Meile, ökologischer Personentransport bei jedem Wetter oder Geräteträger für kommunale Services. Um die Verkehrswende zu unterstützen, bedarf es Fahrzeugkonzepten, die sowohl aus Sicht des Life Cycle Assessment als auch in ihren Einsatzmöglichkeiten eine Kreislaufwirtschaft unterstützen.
Durch die angestrebte Ableitung weiterer Fahrzeugvarianten auf Basis des "Cargo Cruiser II" beantworten die Projektpartnerinnen und -partner zum einen Fragen zur kreislaufwirtschaftlichen Machbarkeit von LEV. Zum anderen werden erwartete Akzeptanzbarrieren gegenüber alternativen Fahrzeugkonzepten durch einen Reallabor-Ansatz minimiert.
Leichtfahrzeuge aus dem Mittelstand
Die verfolgten Ansätze sollen angesichts der bereits weit entwickelten Effizienz im konventionellen Fahrzeugbau alternative Beiträge für den Fahrzeugmarkt liefern. Mit der konsequenten Weiterentwicklung eines muskelkraft-elektrischen Leichtfahrzeuges möchten die Projektbeteiligten den Weg für eine kreislaufwirtschaftgerechte Wertschöpfung in Fertigung und Nutzung bahnen.
Es werden zwei Bauweisen auf ihre Potenziale einer Kreislaufwirtschaftlichen Machbarkeit untersucht, indem Aspekte wie Materialklassen, Produktionstechnologien und Standortstrategien variiert werden. Hierfür kommen Instrumente der Bauteilauslegung und Optimierung (Finite Elemente Methode) und des Life Cycle Assessment (LCA) zum Einsatz.
Zur ökonomischen Untersuchung der Einsatzbereiche neuartiger Kreislaufwirtschaftgerechter Materialien und Halbzeuge wird eine bestehende LCA-Datenbank um noch unbekannte Produktionsprozesse ergänzt. Hierfür wird nach dem Reallabor-Ansatz mit Partnern des Fahrzeugbaus, ebenso wie mit potenziellen Nutzern und Haltern von Leichtfahrzeugen interagiert. Es kommen Methoden des Industriedesigns zum Einsatz, um eine hohe Nutzerakzeptanz zu erreichen. Für den Einsatz innerhalb einer Kreislaufwirtschaft aussichtsreich erscheinende Materialien und Halbzeuge werden dann auf konstruktiver Ebene in zwei Konstruktionsweisen vergleichend untersucht.
Ergebnisse (Stand Juni 2022)
Basierend auf den ersten Testfahrten des Cargo Cruiser II (Mischbauweise) im Verkehrsraum Berlin
wurden Zielanforderungen für eine Faserverbundbauweise (CC III) des Fahrzeugs formuliert. Das Bauteilverhalten der Faserverbundkonstruktion wurde in einem Finite Elemente Modell auf Global und Submodellebene unter Beachtung verschiedener Versagenskriterien in den definierten Belastungsgrenzen (bis 45 km/h mit Zuladung 300 kg) untersucht und optimiert. Die Faserverbundstruktur befindet sich aktuell im prototypischen Aufbau für weitere Fahrtests mit dem CC III. Für die einfach handhabbare Umrüstung zwischen den Nutzungsweisen „Cargo“ und „Personentransport“ wurde eine Konstruktionslösung gefunden, die zum Patent angemeldet wurde.Parallel zu der Entwicklung der Mischbauweise erfolgte die Datensammlung für das Life Cycle Assessment und die Modellierung des Life Cycle Inventory. Vergleichende Bewertungen der Umwelteinwirkungen (Life Cycle Impact Assessment) der zwei Bauweisen weisen den hohen Umwelteinfluss des eingesetzten Strommix – in Fertigung und Nutzung – nach.Im Rahmen dieser Arbeiten wurde ein neuartiger Ansatz für den Umgang mit Naturfaserverbunden an deren Bauteillebensende entwickelt. Für das mechanische Monitoring der Faserverbund-strukturen im Fahrzeugeinsatz wurde ein Geräte setup getestet, um die Long Range Wireless Access Network (LoRaWAN) basierte Kontrolle von Fahrzuständen in weiteren Testfahrten zu erproben.
Innovationsgeist und Effizienz
Basierend auf dem Prototyp "Cargo Cruiser II" werden Fahrzeugvarianten für verschiedene urbane Nutzungsszenarien abgeleitet und in eine modulare Fahrzeugkonstruktion überführt. Zur Gewinnung empirischer Erkenntnisse zu Aspekten wie Nutzbarkeit der Fahrzeugvarianten, Ergonomie des muskelkraftelektrischen Antriebs und der Nutzerakzeptanz werden prototypische Fahrzeugvarianten eingesetzt. Durch ganzheitliche Betrachtung des Life Cycle Assessment werden Aussagen zur Kreislauffähigkeit der betrachteten Bauweisen erwartet.
Aufgrund solider Erfahrung aus dem Leichtfahrzeugbau trägt das Unternehmen Olaf Lange, Berlin, in enger Abstimmung mit der FVK GmbH, Dessau-Roßlau, maßgeblich zur zulassungskonformen Konzeption der Fahrzeugkonstruktion bei. FVK GmbH fokussiert auf die Kreislaufwirtschaftgerechte Fertigung, Wartung und Umnutzung der Fahrzeugmodule. Das Fraunhofer IMWS in Halle (Saale) leistet die werkstoffseitige Optimierung und Untersuchung auf Kreislauftauglichkeit sowie die Koordination des Gesamtprojekts.
Publikationen
Wüstenhagen,S., Lange, O., Franze., A.: Leicht und robust unterwegs, UmweltMagazin (2023), S. 19-21: https://www.ingenieur.de/wp-content/uploads/2023/09/UmweltMagazin_9-10_2023_UMW-9-10-2023.pdf
S. Wüstenhagen, P. Beckert, O. Lange, A. Franze. Light Electric Vehicles for Muscle–Battery Electric Mobility in Circular Economy: A Comprehensive Study. Sustainability 2021, 13, 13793–13804.https://doi.org/10.3390/su132413793
Projektflyer der Fördermaßnahme (deutsch / englisch) (März 2021)
Die Projektflyer bieten einen Einblick in die Inhalte und Ziele der ReziProK Projekte und stellen jeweils erste Ergebnisse vor.
Projektblätter der Fördermaßnahme (deutsch) (Dezember 2019)
Die Projektblätter bieten eine Kurzübersicht über die einzelnen Projekte und deren Ziele.
Beiträge zu der ReziProK Transferkonferenz im Juni 2022
Poster (Juni 2022)
Präsentation (Juni 2022)
Beiträge zu der ReziProK Kick-off Veranstaltung im Dezember 2019
Poster (Dezember 2019)
Präsentation (Dezember 2019)
Bildnachweis: © Fraunhofer IMWS