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„Abspeckkur“ für kommunale Nutzfahrzeuge

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der TU Chemnitz entwickeln ressourceneffiziente Sammelbehälter für E-Müllautos

  • Mann steht vor einer Maschine und hält ein dunkles, rechteckiges Bauteil fest
    Marcus Hartenstein, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur SLK, prüft die Dicke eines Organoblechs. Das Element für den innovativen Abfallbehälter wurde auf einer Wickert Composite-Presse, die im Hintergrund zu sehen ist, im MERGE Research Centre "Lightweight Technologies" der TU Chemnitz mit 25.000 kN Presskraft gefertigt. Foto: Jacob Müller
  • Ein Bauteil steht in einer Prüfmaschine.
    Der Nachweis der Leistungsfähigkeit wird auf einem Strukturprüfstand im neuen Laborgebäude des MERGE Research Centre "Lightweight Technologies" durch wiederholte Simulation erbracht. Foto: TU Chemnitz/SLK
  • Ein rtechteckiges Bauteil steht in einer Prüfmaschine.
    So soll der fertige Sammelbehälter aussehen. Das konstruktive Konzept wurde mithilfe von Simulationssoftware am Computer erstellt. Grafik: TU Chemnitz/SLK

Der Antrieb der Zukunft ist elektrisch. Zahlreiche Vorteile von Elektromotoren, wie die erhöhte Umweltfreundlichkeit, die geringeren Betriebskosten und die verminderte Lärmbelastung, wollen sich nun auch Kommunen zunutze machen, indem sie bei ihren Nutzfahrzeugen auf die moderne Antriebstechnik umrüsten. Unterstützt werden sie dabei von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK) an der Technischen Universität Chemnitz, die derzeit an den letzten Entwicklungsschritten eines neuartigen, ultraleichten Sammelbehälters für elektrische Abfallfahrzeuge feilen. „Vor allem im Kurzstreckenbetrieb, wenn häufig angehalten und wieder beschleunigt werden muss, sind E-Fahrzeuge bis 3,5 Tonnen effizienter als herkömmliche Verbrenner“, erläutert Marcus Hartenstein, Mitarbeiter an der Professur SLK.  Dies betreffe im Hinblick auf die öffentlichen Aufgaben von Städten und Gemeinden unter anderem die bei der Abfallentsorgung zum Einsatz kommenden Müllwagen.

Extrem leichte und stabile Behälter sollen Batteriegewicht kompensieren

Gerade bei Fahrzeugen, bei denen eine möglichst hohe Nutzlast zu den zentralen Anforderungen gehört, steht bisher den Vorteilen der E-Fahrzeuge allerdings ein großer Nachteil gegenüber: Das Batteriegewicht von 200­­­­­ bis 300 Kilogramm führt dazu, dass die Ladung, die transportiert werden kann, nicht ausreichend ist. Um diesen Nutzlastverlust zu kompensieren, haben sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Chemnitz im Verbundprojekt UTILITAS („Ultraleichte Aufbaustrukturen für Nutzfahrzeuge im kommunalen Servicebetrieb“) mit fünf weiteren Forschungs- und Industriepartnern zusammengetan, um ein Behältersystem zu entwickeln, das nicht nur extrem leicht, sondern auch wirtschaftlich und einfach in der Herstellung ist. Die Forscherinnen und Forscher der Professur SLK übernehmen dabei die Konzeption des Behälters. Dazu gehören dessen Aufbau und grobe Auslegung sowie die Dimensionierung und alle dafür notwendigen Berechnungen. Da die Behälterkonstruktion hohen Belastungen standhalten muss, ist die Professur außerdem für den experimentellen Nachweis der Leistungsfähigkeit zuständig. Zur Absicherung werden die Beanspruchungen auf dem Strukturprüfstand im MERGE Research Centre "Lightweight Technologies" der TU Chemnitz wiederholt simuliert.

Großer Bedarf für leichte Lösungen – Know-how-Transferangebote für Betriebe

Fragen der wirtschaftlichen Nachhaltigkeit, zukünftiger Lebenswelten und der Auswirkungen des Klimawandels auf den Menschen, stehen auf kommunaler Ebene zunehmend im Fokus. Aufgrund dieser Entwicklungen nimmt die Nachfrage nach möglichen Technologien im Hinblick auf die ganzheitliche Erschließung von Potenzialen zur Ressourceneinsparung deutlich zu. „Bereits bei den Sondierungsgesprächen zum Projekt wurden weitere Bedarfe im kommunalen Servicebetrieb deutlich, zum Beispiel bei der Bewirtschaftung von Grünflächen oder bei Fahrzeugen zum Laubblasen und Laubsaugen. Nicht zuletzt wird bei E-Fahrzeugen hier auch der Dieselgenerator eingespart“, berichtet Hartenstein. Aufgrund dieses steigenden Bedarfs ist ein zentraler Aspekt des Projekts auch, Know-how für Betriebe zu generieren und diese durch die Zurverfügungstellung relevanter Daten zu unterstützen, größere Freiheiten in der Materialwahl und Fügetechnologie zu generieren.

Leistungsfähige Organobleche bieten Vorteile

Um den Kommunen dabei zu helfen, ihr Klimaschutzziele mit den lokal zur Verfügung stehenden Ressourcen zu erreichen, steht bei der Entwicklung des Abfallbehälters sowie der dazugehörigen Fertigungstechnologie die Wirtschaftlichkeit im Fokus. Dabei setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf ein modulares und somit anpassbares Behältersystem, das aus einer Rahmenstruktur und faserverstärkten Kunststoffplatten zusammengesetzt wird. Diese sogenannten Organobleche, aus dem ebenfalls an der TU Chemnitz entwickelten ThermoPre-Material, bieten aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit und einem bedarfsgerechten Lagenaufbau zahlreiche Vorteile. Gleichzeitig ist keine Umformung erforderlich, was eine einfache Konstruktion und Reparatur gewährleistet und die Investitionskosten, selbst bei geringer Stückzahl, niedrig hält. Um die Module zuverlässig miteinander zu verbinden, wurden verschiedene Fügestrategien getestet: Verschraubung, Verklebung und eine Mischbauweise, die aufgrund ihrer hohen Praxistauglichkeit als Finallösung gewählt wurde.

„Die ersten mit dem innovativen Behältersystem ausgestatten elektrischen Mülltransporter könnten schon bald im Einsatz sein“, sagt Hartenstein. Ein Demonstrator-Fahrzeug wurde bereits aufgebaut, die Simulation ist abgeschlossen. „Jetzt gilt es, letzte Konstruktionsaufgaben zu bewältigen und den Behälter in die Fertigung zu geben“, freut sich der Wissenschaftler. „Ein Prototyp für den kommunalen Versorgungsbetrieb soll schon im ersten Halbjahr 2021 fertiggestellt sein und im Praxisalltag erprobt werden. Anschließend wird, je nach Auftragslage, eine serielle Herstellung anvisiert.“

Starke Partner im Verbund

Neben der TU Chemnitz sind an dem Vorhaben das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden, die EBF Innovation GmbH, die PROFIL Verbindungstechnik GmbH & Co. KG, die Car systems Scheil GmbH & Co. KG sowie die Marko Pfaff & Co. Spezialfahrzeugbau GmbH beteiligt: Das IWS Dresden entwickelte für das Projekt eigens eine neue Fügetechnologie, die mithilfe der EBF Innovation GmbH und der PROFIL Verbindungstechnik GmbH & Co. KG umgesetzt wird. Die Car systems Scheil GmbH & Co. KG setzt die zur Kippung und Steuerung des Behältersystems notwendige Elektronik um, während die Marko Pfaff & Co. Spezialfahrzeugbau GmbH sich der Betrachtung aus Fertigungsperspektive widmet.

Das Projekt wird im Rahmen des Fachprogramms „Neue Fahrzeug- und Systemtechnologien“ als Teil der Programmsäule „Innovative Fahrzeuge“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie finanziert und vom Projektträger TÜV Rheinland betreut.

Kontakt: Marcus Hartenstein, Telefon +49 371 531-39483, E-Mail marcus.hartenstein@mb.tu-chemnitz.de

(Autorin: Eva Laurie)

Mario Steinebach
08.02.2021

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