CFK-Rad mit Elektromotor als Zukunftsidee ausgezeichnet

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

„Für eine kraftflussgerechte, kontinuierliche Faserführung und somit zur Vermeidung von Spannungsspitzen aufgrund von scharfen Ecken oder Steifigkeitssprüngen wurden im Bauteil werkstoffgerechte Radien und fließende Übergänge realisiert“, erklärt Schweizer die Wichtigkeit der richtigen Konstruktion. Zehn Tage haben sie und ihr Team alleine für das manuelle Legen und Laminieren der einzelnen Schichten gebraucht.

Funktionsintegration spart Fertigungsaufwand und Gewicht

Zur weiteren Reduzierung der Masse und Erhöhung der Biegesteifigkeit wurden zusätzlich Schaumkerne in die Speichen eingebracht. Das Rad alleine wiegt etwa 3,5 kg, mit CFK-Glocke 4,9 kg, was je nach Radkonstruktion einer Einsparung von 60% gegenüber einem Stahlrad gleichkommt. Im Vergleich zu einem Aluminium-Gussrad sind es je nach betrachteter Konstruktion immerhin 56% Gewichtseinsparung.

Die Reduktion des Fahrzeuggewichts bewirkt bei vergleichbarer Fahrleistung eine niedrigere Antriebsleistung und somit eine Verringerung von CO₂-Emissionen. „Ein weiterer Vorteil dieser Leichtbauweise ist die Möglichkeit der Funktionsintegration, die uns das Material bietet“, erläutert Schweizer weiter. Die Zusammenfassung mehrerer passiver, aktiver oder sensorischer Funktionen in einem Bauteil spart Kosten, Fertigungsaufwand, Bauraum und Gewicht. Der aus einem Ring mit Permanentmagneten (Rotor) und einem Jochring mit Spulen bestehende integrierte E-Motor ist über ein CFK-Gehäusebauteil mit dem Rad verbunden.

E-Motor ist über ein CFK-Gehäuse mit dem Rad verbunden

Für die Herstellung der Werkzeugformen für Rad und Motorglocke erstellte das Team – bestehend aus Dipl.-Ing. Nicole Schweizer, Dipl.-Ing. Andreas Giessl und Dipl.-Ing. Oliver Schwarzhaupt – jeweils zunächst ein Flächenmodell und unterteilte dieses in Zonen mit verschiedenen Laminaten, das heißt, je nach Zone und deren Lage im Bauteil wurde die benötigte Faserorientierung und die Anzahl der Schichten berechnet. Nach zusätzlicher Berechnung der Wanddickenverteilung hatte das Team dann das Volumenmodell, aus dem die Formkerne für das Werkzeug abgeleitet werden konnten.

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