Multimaterialsysteme - Zukünftige Leichtbauweisen für ressourcensparende Mobilität

1. Zuwendungszweck, Rechtsgrundlage

1.1. Zuwendungszweck

Leichtbauweisen mit den Zielen der maximalen Gewichts- und Ressourceneinsparung haben gegenwärtig und auch zukünftig in allen verkehrstechnischen Systemen größte Bedeutung.
Die reine Substitution von schwereren Materialien gegen leichtere ist in den allermeisten Fällen nicht die wirtschaftlich und technisch optimale Lösung. Vielmehr kommt es auf die Kombination der richtigen Materialien an. Die jeweiligen Eigenschaften (E-Modul, Zugfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, etc.) müssen dabei ebenso berücksichtigt werden wie die Eigenschaften der Kontaktflächen dieser unterschiedlichen Werkstoffe.

In der Vergangenheit wurde der Schwerpunkt bei der Reduzierung des Fahrzeuggewichtes zur Energieeinsparung allein auf die Werkstoffentwicklung gelegt. Durch die extrem gestiegenen Anforderungen an Fahrkomfort und Sicherheit im Fahrzeug, aber auch durch das Erreichen der Zielvorgaben zur CO2-Minderung muss jedoch ein ganzheitlicher Leichtbauansatz betrieben werden. In dem Zusammenhang bieten Multimaterialsysteme in den meisten Verkehrssystemen die Leichtbaulösung mit der größten Breitenwirkung. Zu deren Realisierung sind der Einsatz maßgeschneiderter Werkstoffkombinationen und die Weiterentwicklung der dafür notwendigen Fügetechnologien erforderlich.

Bauweisen mit Multimaterialsystemen zeichnen sich dadurch aus, dass Materialien zum Einsatz kommen, die die Defizite eines Werkstoffes durch Kombination mit einem anderen Werkstoffpartner ausgleichen, wodurch neue Struktur- und Funktionseigenschaften hervorgebracht werden, die keiner der Werkstoffpartner allein bereitstellen kann. Die Entwicklung von vermarktungsfähigen Multimaterialsystemen stellt eine große Herausforderung dar und ist bisher nur ansatzweise erfolgt. Dabei sind zukunftsträchtige Innovationen vor allem in der Automobil- und Flugzeugindustrie zu erwarten. Der Multimaterial-Leichtbau kommt dabei auch Elektro- und Hybridautos zu Gute, weil dadurch die Reichweite steigt.

Ziel der Bekanntmachung ist es, das Potenzial der Multimaterialsysteme in Hinblick auf Gewichts-, Kosten- und Ressourceneinsparung für herkömmliche und zukünftige Fahrzeugkonzepte zu erschließen. Dabei bieten die Karosserie, das Fahrwerk sowie die Ausstattung das größte Leichtbaupotenzial. Fügetechnologien besitzen dabei eine Schlüsselfunktion für den erfolgreichen Einsatz von Multimaterialsystemen. Multimaterialsysteme sind durch Verbinden von Metallen, Keramiken und Polymeren mittels Urformen, Umformen, Schweißen, Löten, Kleben, Schrauben und Nieten ungleicher Partner herstellbar.

Im Sinne der Bekanntmachung wird der Begriff "Multimaterialsystem" aufgefasst wie folgt:
Es besteht aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien auf makroskopischer Ebene. Beispiel: Ein Verbundwerkstoff oder eine Leichtmetalllegierung mit zusätzlichen Legierungselementen sind keine Multimaterialsysteme. Ein CFK-Träger mit einem Teflongleitlager oder Aluminiumschaum an einem Magnesiumgussteil oder auch die Verbindung von duktilen mit hochfesten Stählen sind Multimaterialsysteme.

1.2. Rechtsgrundlage

Vorhaben können nach Maßgabe dieser Richtlinien, der Standardrichtlinien des BMBF für Zuwendungen auf Ausgaben- bzw. Kostenbasis und der Verwaltungsvorschriften zu § 44 der Bundeshaushaltsordnung (BHO) durch Zuwendung gefördert werden. Ein Rechtsanspruch auf Gewährung einer Zuwendung besteht nicht. Vielmehr entscheidet die Bewilligungsbehörde aufgrund ihres pflichtgemäßen Ermessens im Rahmen der verfügbaren Haushaltsmittel.

2. Gegenstand der Förderung

Gefördert werden risikoreiche und anwendungsorientierte industrielle Verbundprojekte, die ein arbeitsteiliges und multidisziplinäres Zusammenwirken von Unternehmen mit Hochschulen und Forschungseinrichtungen erfordern. Die Vorhaben sollen dabei die gesamte Wertschöpfungskette von der Werkstoffherstellung über -verarbeitung bis zur Anwendung abdecken. Vorzugsweise sollten branchenübergreifende Entwicklungen verfolgt werden, um einen besseren Erfahrungsaustausch bzw. Wissenstransfer zu erreichen und Doppelentwicklungen zu vermeiden. Eine möglichst hohe Beteiligung von kleinen und mittleren Unternehmen an den Verbundprojekten ist besonders gewünscht. Reine Institutsverbünde und Einzelvorhaben werden grundsätzlich nicht gefördert.

Folgende thematische Schwerpunkte hinsichtlich der Anwendung stehen im Fokus der Förderung:

1. Automobilbau
   Entwicklungstrends gehen von heutigen singulären Stahl- und Aluminiumbauweisen in Richtung zu modernen Mischbaustrukturen, in denen unterschiedliche Leichtbaumaterialien nebeneinander vorliegen. Diese Multimaterialsysteme bieten in den meisten Fahrzeugbereichen die Leichtbaulösung mit dem größten Kosten- und Energiesparpotenzial.
   
   Forschungsbedarf zum Thema Multimaterialsysteme im Automobilbau besteht beispielsweise bei der Verbesserung der Werkstoffeigenschaften (Festigkeit, Formgebung, Alterungs- und Crashverhalten, Oberflächen- und Korrosionsschutz, akustische Optimierung von Mischbauweisen), bei der Funktionsintegration im Karosserieleichtbau (z.B. Structural Health Monitoring), bei der Entwicklung thermooptimierter Karosserien, bei der Kostenoptimierung der Prozesskette durch automatisierte Fertigungs- und Fügeverfahren bzw. verkürzte Prozesszeiten sowie bei der Verbesserung der Oberflächengüte.
2. Flugzeugbau
   Der Bedarf an Flugzeugen nimmt deutlich zu. Dies erfordert zunehmend den Einsatz von kostengünstigeren Werkstoffen und Technologien. So sind beispielsweise die heute angewandten Handlaminierverfahren bei größeren Stückzahlen zukünftig nicht mehr rentabel. Automatisierte Fertigungsverfahren für großserienfähige Technologien zur Herstellung von Verbundwerkstoffen stehen zurzeit nicht zur Verfügung. Neben der Weiterentwicklung der Multimaterialsysteme besteht im Flugzeugbau beispielsweise zusätzlicher Forschungsbedarf bei der Entwicklung von ressourceneffizienteren Fertigungs- und Fügeverfahren, wobei auch Synergien zwischen der Automobil- und Flugzeugfertigung genutzt werden sollten.
3. Nutz- und Schienenfahrzeugbau
   Durch leichtere LKWs und Sattelzugmaschinen werden Kraftstoffressourcen geschont (insbesondere bei Leerfahrten), CO2-Emissionen verringert, die Transporteffizienz erhöht und mit dem Fahrzeug erzielbare Erlöse verbessert. Bei Nutz- und Schienfahrzeugen leisten innovative Fahrgestellstrukturen in Multimaterialausführung den wesentlichen Beitrag zur Gewichtsreduzierung. Zur serienmäßigen Umsetzung derartiger Tragstrukturen sind jedoch noch umfangreiche Grundlagen zu erarbeiten. Multimaterialsysteme für den Fahrzeugbau erfordern darüber hinaus neuartige Fügetechnologien.

Übergeordnet sollten die Vorschläge folgende Inhalte berücksichtigen:

• Strategien hinsichtlich Recycling und Reparaturfähigkeit
• klare Zielvorgaben hinsichtlich Gewichts- und Kosteneinsparung
• Funktionsverbesserung sowie Verbesserungen der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Bauteile bzw. Bauteilgruppen
• Entwicklung prozessfähiger Prüftechnologien und Methoden zur Ermittlung der Beanspruchung
• Entwicklung und Verbesserung der Simulationswerkzeuge sowie die dazu notwendige Ermittlung der Kennwerte der Multimaterialsysteme

Um eine Doppelförderung zu vermeiden, werden Projektvorschläge, die inhaltlich dem Themengebiet der BMBF-Bekanntmachung "Funktionsintegrierter Leichtbau" vom 15.11.2006 zu zuordnen sind, nicht berücksichtigt. Gleiches gilt für Projektvorschläge, die überwiegend fertigungs- und produktionstechnische FuE-Arbeiten beinhalten.