Gewichtsreduktion und Reichweitensteigerung durch innovative Konzepte
Ein Team des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit hat am Beispiel eines Lastenfahrrades erhebliche Leichtbaupotenziale aufgezeigt. Ziel der dreimonatigen Entwicklung war es, die Nutzung elektrisch unterstützter Lastenfahrräder zu verbessern und deren Reichweite zu erhöhen.
Am Vorderwagen eines zweispurigen Lastenfahrrades konnte durch eine neue Rahmenkonstruktion ein Drittel des Gewichts eingespart werden. Zudem wurde die Batterie neu konzipiert, ihre Kapazität erhöht und das Gehäuse durch direkte Integration in den Rahmen überflüssig gemacht. Diese Entwicklungen wurden im Rahmen der virtuellen Fraunhofer Solutions Days präsentiert.
Das interdisziplinäre Forscherteam, bestehend aus Polymerchemikern und Ingenieuren der Betriebsfestigkeit, Werkstoffwissenschaft und Mechatronik, hat ein handelsübliches Lastenfahrrad nicht nur leichter gemacht, sondern auch neue Ansätze für nachhaltigen und zuverlässigen Leichtbau demonstriert. Die im Fahrrad umgesetzten Konzepte bieten Potenzial für Anwendungen in verschiedenen Branchen.
Leichtbaurahmen mit integrierten Funktionen
Im Projekt „L-LBF“ wurden auf Basis von Fahrbetriebsmessungen und Ausgangsdaten des kommerziellen Lastenrades CAD-Modelle erstellt und FE-Modelle abgeleitet. Diese Modelle dienten der Entwicklung des Leichtbaurahmens und der Auslegung neuer Leichtbaufelgen.
Die Strukturauslegung und der Aufbau des neuen leichten Fahrradrahmens mit einem zentralen Hohlprofilträger aus höherfesten Aluminiumlegierungen bildeten die Grundlage für weitere Arbeiten. Allein durch die neue Vorderwagenkonstruktion konnten rund 40 Prozent Gewicht gegenüber dem Referenzfahrzeug eingespart werden.
Das Hohlprofil wurde zudem genutzt, um das eigens entwickelte Batteriesystem TES (Tubular Energy System) darin zu integrieren. Dadurch ist die Batterie ohne zusätzliches Gehäuse witterungs- und thermisch geschützt sowie diebstahlsicher untergebracht.
Tubular Energy System (TES): variabel, sicher, funktionell
Im „Tubular Energy System“ sind die Li-Ion-Zellen rohrförmig angeordnet, was eine Integration in das Rahmenhohlprofil ermöglicht. Das System umfasst 80 Zellen und erreicht eine Kapazität von 1000 Wattstunden (Wh), was der doppelten Kapazität des handelsüblichen Batteriesystems im Referenzfahrzeug entspricht.
Der Ladezustand wird über eine speziell entwickelte App auf dem Smartphone angezeigt. Dies ermöglicht dem Nutzer nicht nur längere Fahrten mit elektrischer Unterstützung, sondern auch die Überwachung von Verbrauch und Restenergie, insbesondere in Abhängigkeit von der transportierten Nutzlast.
Zuverlässige Auslegung von leichten Strukturen
Die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF bringen mit ihrem Lasten-Leichtbaufahrrad ihre Erfahrung im nachhaltigen, sicheren und wirtschaftlichen Leichtbau ein.
Mit dem „Lasten-LeichtBauFahrrad“ haben wir erneut die LBF-Systemkompetenz, unsere Flexibilität und Kreativität unter Beweis gestellt.
Dies erklärte Dr. Saskia Biehl, die das bereichsübergreifende Forschungsprojekt im Fraunhofer LBF leitete. Das Team hat ein leichteres Fahrrad realisiert, das längere Fahrzeiten und eine verbesserte Steuerung ermöglicht, was den Nutzer entlastet und die Aufmerksamkeit im Verkehr erhöht.
Wir erarbeiten auch ein System zur aktiven Stabilisierung und Vermeidung von Lenkerflattern. Das hilft dem Nutzer nochmal mehr, diese spannenden Fahrzeuge als alternative, umweltfreundliche Transportmittel im dichten städtischen Verkehr sicher einzusetzen.
Weitere Entwicklungen im „L-LBF“-Projekt wurden von Dr. Saskia Biehl auf den Fraunhofer Solution Days präsentiert. Eine eigene Webseite informiert über die Fortschritte des Projekts „LastenLeichtBauFahrrad“ (L-LBF).