CFK-Rad mit Elektromotor als Zukunftsidee ausgezeichnet

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Als Werkstoff für die Formenherstellung wurde ein Polyurethan-(PU-)Schaum mit einer Temperaturbeständigkeit von 140 °C gewählt. „Das Material sowie die Herstellung sind kostengünstiger als Aluminium“, begründet Schweizer die Entscheidung für den Kunststoff. „Allerdings gibt es auch einen Nachteil: Beim Entformen des Bauteils zeigt sich ein schnellerer Verschleiß als bei Metall, was bei einer Prototypenfertigung aber natürlich vernachlässigbar ist.“

Maximale Verstärkungswirkung mit dem Prepregverfahren

Um mit Endlosfasern die beste Verstärkungswirkung, also höchste Steifigkeit und Festigkeit zu erzielen und somit das Leichtbaupotenzial optimal auszureizen, wurde das CFK-Rad im Prepreg-Verfahren hergestellt. Bei diesem härten die vorimprägnierten Gewebematten im Autoklaven unter Druck (3,5 bar) und Hitze (120 °C) aus.

Der Prozess ist jedoch sehr aufwendig und teuer und deshalb für die Großserienfertigung, die die Automobilindustrie anstrebt, nicht tauglich. Schweizer: „Für eine Serienfertigung von Faserverbundrädern sind andere Verfahren, wie beispielsweise Pressverfahren, besser geeignet. Allerdings kann mit einer kürzeren Faserlänge das Leichtbaupotenzial nicht vollständig ausgeschöpft werden.“ Automobilhersteller haben bereits Interesse bekundet, ein Faserverbundrad mit Fraunhofer zur Serienreife weiterzuentwickeln.

Betriebsfestigkeit muss nachgewiesen gewiesen

Weil Fahrzeugräder höchstbeanspruchte Sicherheitsbauteile sind, müssen die Betriebsfestigkeit nachgewiesen und die charakteristischen Werkstoff-, Fertigungs- und Bauteileigenschaften berücksichtigt werden. Für Faserverbundräder muss das gleiche Sicherheitsniveau bei gleichen Beanspruchungen wie für konventionelle, meist metallische Räder unter Berücksichtigung des Einsatzortes nachgewiesen werden.

An diesem Thema wird zur Zeit am LBF, bei der Automobilindustrie und in vielen anderen Institutionen intensiv gearbeitet. Ein weiteres Team innerhalb des Verbundprojekts Systemforschung Elektromobilität arbeitet parallel daran, Batteriesysteme in verschiedenen Varianten in die Fahrzeugstruktur zu integrieren. Dabei soll das Schutzgehäuse der Batterie ebenfalls aus Faserverbundwerkstoffen bestehen – für Deutschland ein weiterer Schritt in Richtung Zukunft.

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