Nachhaltiges Design von Elektrofahrzeugen: CATIA MODSIM & EcoMaterials

Nachhaltiges Elektrofahrzeugdesign: CATIA MODSIM & EcoMaterials

ChampionXperience Team

14. September 2026 5 Minuten Lesezeit

Das Dilemma im Elektroauto-Design: Batteriegewicht und umweltfreundliche Materialien in Einklang bringen

Haben Sie sich jemals die technischen Daten moderner Elektrofahrzeuge angesehen und sich gefragt, wie es den Ingenieuren gelingt, die strukturelle Sicherheit trotz des massiven Akkus zu gewährleisten? Es ist eine enorme Herausforderung. Zum einen benötigt die schwere Traktionsbatterie einen robusten physischen Schutz und ein effektives Wärmemanagement. Zum anderen gibt es strenge globale Vorgaben zur Reduzierung des Fahrzeuggewichts und zur Senkung der CO₂-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus. Wenn Sie Automobilingenieur sind, kennen Sie diesen Dilemma nur allzu gut.

Früher bedeutete die Lösung dieser Probleme endlose Abstimmungsprozesse zwischen CAD-Konstrukteuren und Simulationsspezialisten. Bis eine Crashsimulation einen Strukturfehler aufdeckte, waren Wochen vergangen und die Konstruktion bereits weiterentwickelt. Heute ist dieser langsame, isolierte Ansatz nicht mehr praktikabel. Der Automobilpionier Denis Schmitz zeigt, wie sich diese traditionellen Barrieren durch die Kombination fortschrittlicher Öko-Materialien mit einem einheitlichen Modellierungs- und Simulationsworkflow überwinden lassen, wie im 3DS-Blog. Durch die Nutzung CATIA, SIMULIAund der 3DEXPERIENCE Plattform können Ingenieure nun gleichzeitig entwerfen, simulieren und Umweltauswirkungen verfolgen.

Was ist MODSIM und warum revolutioniert es die Elektromobilitätsentwicklung?

Sind Sie es leid, STEP-Dateien zu exportieren, Netze neu zu erstellen und bei Abteilungsübergaben wichtige Konstruktionsdaten zu verlieren? Dann sollten Sie MODSIM (Modeling and Simulation) kennenlernen. Dieses Paradigma macht die Simulation von einem Validierungswerkzeug in der späten Phase zu einem aktiven Treiber der frühen Entwurfsphase. Anstatt CAD und CAE als getrennte Disziplinen zu behandeln, vereint MODSIM sie in einem einzigen Datenmodell innerhalb der 3DEXPERIENCE Plattform.

Wenn Sie in CATIA, wird das entsprechende Finite-Elemente-Modell in SIMULIA automatisch aktualisiert. Dieser durchgängige digitale Prozess eliminiert Übersetzungsfehler und verkürzt die Entwicklungszyklen drastisch. Für komplexe Elektrofahrzeugarchitekturen – bei denen Batteriegehäuse gleichzeitig als tragende Bauteile dienen müssen – ist diese Echtzeit-Rückkopplungsschleife ein entscheidender Vorteil. Sie ermöglicht es Entwicklungsteams, Dutzende von Strukturiterationen in der Zeit durchzuführen, die früher für nur eine einzige Iteration benötigt wurde.

Gestalten mit Ökomaterialien: Jenseits traditioneller Metalle

Um die ambitionierten Dekarbonisierungsziele zu erreichen, müssen wir über traditionelle Materialien wie Stahl und Aluminium hinausdenken. Ingenieure erforschen zunehmend fortschrittliche Sandwichverbundwerkstoffe und sogar Holzwerkstoffe für Struktur- und Halbstrukturbauteile. So hat Schmitz beispielsweise in Zusammenarbeit mit StrongByForm eine leichte Sandwich-Dachkonstruktion entwickelt, die maximale Kopffreiheit für die Passagiere bietet und gleichzeitig hohe Crashsicherheit und Wärmedämmung gewährleistet.

Wie schneiden diese alternativen Werkstoffe im Vergleich zu herkömmlichen Automobilmetallen ab? Die folgende Tabelle zeigt die Abwägungen auf, die Ingenieure frühzeitig im Konstruktionsprozess bewerten müssen:

Materialklasse	Gewichtseinsparpotenzial	CO2-Fußabdruck (Roh)	Primärer struktureller Vorteil	Zentrale Herausforderung in der Fertigung
Hochfester Stahl	Ausgangswert	Hoch	Hervorragende Energieabsorption	Hohe Stanzpressenkosten
Aluminiumlegierungen	Mittel bis hoch	Sehr hoch (sofern nicht recycelt)	Hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht	Komplexe Schweiß-/Verbindungsarbeiten
Sandwich-Verbundwerkstoffe	Sehr hoch	Mäßig	Hohe Biegesteifigkeit, Akustik	Zykluszeiten und Montageintegration
Holzbasierte Verbundwerkstoffe	Hoch	Sehr niedrig (Kohlenstoff-negatives Potential)	Natürliche Dämpfung, geringer Rohstoffverbrauch	Feuchtigkeitsbeständigkeit, Werkzeuge zur Zunderentfernung

Die Bewertung dieser Optionen erfordert mehr als nur mechanische Prüfungen. Man muss auch verstehen, wie sich diese Materialien unter extremer Belastung verhalten – und genau hier kommt die fortschrittliche Simulation ins Spiel.

Sicherheitssimulation: Crashsicherheit und Batterieschutz

Bei einem Elektrofahrzeug ist der Akku die empfindlichste und teuerste Komponente. Um ihn bei einem Seitenaufprall auf einen Pfosten oder einem leichten Überlappungsunfall zu schützen, sind hochpräzise Lastpfade erforderlich. Es ist unmöglich, den Ort der strukturellen Verformung vorherzusagen.

Mithilfe von SIMULIA auf der 3DEXPERIENCE Plattform können Ingenieure präzise quasistatische Analysen und dynamische Crashsimulationen direkt am aktiven CAD-Modell durchführen. So lässt sich visualisieren, wie sich beispielsweise ein Sandwich-Verbunddach oder eine Holzbodenplatte unter Last verformt. Durch die frühzeitige Identifizierung potenzieller Schwachstellen können parametrische Designänderungen und Topologieoptimierungen , um hochbelastete Bereiche zu verstärken und gleichzeitig überschüssiges Material in Bereichen mit geringerer Belastung zu entfernen. Das Ergebnis ist eine hochoptimierte, leichte Struktur, die die Sicherheit der Insassen und die Integrität der Batterie gewährleistet.

Mit der EcoDesign-Anwendung jedes Gramm CO2 verfolgen

Echte Nachhaltigkeit beschränkt sich nicht nur auf Abgasemissionen, sondern umfasst den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs. Hier erweist sich die EcoDesign-Anwendung auf der 3DEXPERIENCE Plattform als unverzichtbar. Direkt in den Entwicklungsarbeitsbereich integriert, ermöglicht dieses Tool die Durchführung einer umfassenden Lebenszyklusanalyse (LCA) bereits während des Designprozesses.

Die Software erfasst die Kohlenstoffemissionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette, einschließlich:

Rohstoffgewinnung und -verarbeitung
Herstellung von Halbfertigwaren
Lieferkettenlogistik und Transport
Die aktive Nutzungsphase des Fahrzeugs
Szenarien für Recycling und Entsorgung am Ende der Nutzungsdauer

Durch die direkte Einbettung von Ökobilanzdaten in den virtuellen Zwilling können Entwicklungsteams datengestützte Entscheidungen treffen. So lässt sich beispielsweise der CO₂-Fußabdruck eines biobasierten Verbundwerkstoffs mit dem einer recycelten Aluminiumlegierung vergleichen, um sicherzustellen, dass das Design den Nachhaltigkeits-KPIs des Unternehmens entspricht, noch bevor ein physischer Prototyp gebaut wird.

Nachhaltigkeit und wirtschaftliche Tragfähigkeit im Einklang

Ein umweltfreundliches Design ist nur dann erfolgreich, wenn es sich wirtschaftlich in großem Maßstab produzieren lässt. Die Wahl eines hochmodernen Verbundwerkstoffs, der massive Pressen und mehrstufige Werkzeuge erfordert, mag für einen in Kleinserie gefertigten Supersportwagen sinnvoll sein, ist aber für ein Pkw-Modell für den Massenmarkt höchst unausgewogen.

Durch die einheitliche 3DEXPERIENCE Umgebung können Ingenieure Produktionstechnologien und Werkzeugkosten parallel zur Materialleistung bewerten. Diese ganzheitliche Sichtweise gewährleistet, dass Ihre Fertigungsprozesse optimal auf Ihre angestrebten Produktionsmengen abgestimmt sind. Sie verhindert kostspielige Nachbesserungen in späten Entwicklungsphasen und stellt sicher, dass Ihr nachhaltiges Elektrofahrzeug sowohl umweltfreundlich als auch wirtschaftlich rentabel ist.

Sind Sie bereit, die Grenzen zwischen Ihren Konstruktions- und Simulationsteams zu überwinden, um die nächste Generation nachhaltiger Fahrzeuge zu entwickeln?

Dieser Leitfaden basiert auf Erkenntnissen aus dem offiziellen DS-Blog.