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Mehr als 50 % Gewichtseinsparung Leichtes PKW-Rad mit verbesserten Fahreigenschaften

| Redakteur: Beate Christmann

Wissenschaftler aus Chemnitz sollen ein Pkw-Rad entwickelt haben, das rund 3 kg wiegt und damit weniger als die Hälfte eines herkömmlichen Stahlrads. Die Sandwich-Radscheibe setzt sich aus einem Aluminiumschaumkern, Deckschichten aus thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden und einer Pufferschicht mit Glasfaserverstärkung zusammen.

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Sie sieht aus wie eine gewöhnliche Autofelge. Doch Alexander Hackert (l.) und Tristan Timmel (r.) von der TU Chemnitz haben gemeinsam mit weiteren Wissenschaftlern ein wahres Leichtgewicht entwickelt: Dank Sandwichdesign soll das Rad mit rund 3 kg gerade einmal die Hälfte eines üblichen Stahlrades auf die Waage bringen.
Sie sieht aus wie eine gewöhnliche Autofelge. Doch Alexander Hackert (l.) und Tristan Timmel (r.) von der TU Chemnitz haben gemeinsam mit weiteren Wissenschaftlern ein wahres Leichtgewicht entwickelt: Dank Sandwichdesign soll das Rad mit rund 3 kg gerade einmal die Hälfte eines üblichen Stahlrades auf die Waage bringen.
(Bild: Rico Welzel/TU Chemnitz)

Automobilhersteller arbeiten mit Hochdruck daran, ihre Fahrzeuge leichter zu machen. Das Ziel ist es, durch weniger Gewicht einen geringeren Treibstoffverbrauch und damit auch einen reduzierten CO²-Ausstoß zu erlangen. Forschern an der Technischen Universität Chemnitz soll es nun gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU gelungen sein, durch den Einsatz von neuen Materialien und Strukturen das Gewicht eines Pkw-Rads um mehr als die Hälfte zu reduzieren. Zudem soll sich dadurch eine Verbesserung der Fahreigenschaften ergeben.

Sandwichdesign nutzt Vorteile verschiedener Werkstoffe

3,02 kg anstelle von 6,8 kg – so die harten Fakten, die die Wissenschaftler des Bundesexzellenzclusters Merge (Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen) nun veröffentlicht haben. Demnach sollen sie ein Leichtbaurad entwickelt haben, das weniger als die Hälfte auf die Waage bringt als das Referenzrad aus Stahl. Der Effekt rührt vom neuen Sandwichdesign her, das die Vorteile der unterschiedlichen eingesetzten Werkstoffe nutzt. Gerade die Verbindung von thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden mit Metallschäumen bietet laut Alexander Hackert, Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bundesexzellenzcluster Merge, besondere Leichtbaupotenziale vor allem in der Großserie.

In diesem Fall soll der spezielle Kernverbund die Radscheibe des Pkw-Rades enorm steif und gleichzeitig leicht machen. Der Aluminiumschaumkern weist eine hauchdünne, geschlossene Außenseite auf, die dazu dient, ein optimales Interface zu den kohlenstofffaserverstärkten Deckschichten bereitzustellen. Zusätzlich wird eine Pufferschicht mit Glasfaserverstärkung zur Harmonisierung des Steifigkeitssprunges zwischen Aluminiumschaum und den kohlenstofffaserverstärkten Deckschichten eingebracht. „Durch eine drastische Druckerhöhung bei der Herstellung in thermischen Pressverfahren werden zudem die thermisch induzierten Eigenspannungen im Bauteil eingefroren. Das trägt zu einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei, da die hochbelasteten Bereiche des Rades bereits vorgespannt sind“, erklärt Hackert.

Verbesserung der Fahreigenschaften ohne Sicherheitseinbußen

Aber nicht nur in der Gewichtsreduzierung sehen die Forscher den Vorteil ihrer Entwicklung. Sie geben auch an, durch die Verringerung der ungefederten Massen eine Verbesserung der Fahreigenschaften erreicht zu haben, ohne an Fahrsicherheit einzubüßen. „Das Fahrzeug wird agiler und es verändert sein Bremsverhalten, in dem es schneller zum Stehen kommt“, erklärt Hackert. Umfangreiche Prüfungen des Sandwichverbundes sowie komplexe Bauteilsimulationen hätten zudem gezeigt, dass das Konstruktionsprinzip auch skalierbar für viele andere Anwendungen ist.

Das Team um Alexander Hackert konnte die Entwicklung des Leichtbaurades schutzrechtlich als Gebrauchsmuster anmelden und als Patentschrift durch das Deutsche Patent- und Markenamt vorlegen (DE 20 2014 005 111 U1, DE 10 2014 009 180 A1). Der Prototyp der Radfelge soll nun zum konkreten Serienbauteil weiterentwickelt werden.

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