Weniger Gewicht für Elektrofahrzeuge

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15. August 2016 || Seite 1 | 2
Weniger Gewicht für Elektrofahrzeuge: Fraunhofer LBF
entwickelt hybride Leichtbauhinterachse
Elektromobilität ist ohne Leichtbau nicht denkbar. Die Gewichtsoptimierung
steht daher weit oben auf der Agenda der Entwickler. Einen großen Schritt in
diese Richtung hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und
Systemzuverlässigkeit LBF getan. Im Rahmen des EU-Forschungsprojektes
„epsilon“, das dem Leistungsfeld Leichtbau zugeordnet ist, entwickelte das LBF
eine Hinterachse mit deutlich reduziertem Gewicht. Verglichen mit dem
herkömmlichen Metall-Design konnten die Wissenschaftler das Achsgewicht um
37 Prozent senken und damit den Energieverbrauch reduzieren. Darüber hinaus
sehen die Forscher bei der Substituierung von Metallbauteilen durch
Faserverbundmaterialien die Möglichkeit, mit einer geschickten Auswahl der
Faser-Matrix-Eigenschaften die Steifigkeit der Struktur und damit die
Fahrdynamik positiv zu beeinflussen.
Mit ihren Batterien legen Elektrofahrzeuge deutlich an Gewicht zu, was die Hersteller
vor enorme Herausforderungen stellt. Leichtbau spielt daher als Lösung eine
zunehmend größere Rolle. Karosserie- und Fahrwerksbauteile, die früher aus
Metallwerkstoffen hergestellt wurden, werden immer häufiger durch unverstärkte und
faserverstärkte Kunststoffteile ersetzt. Ziel des Projektes „epsilon“ am Fraunhofer LBF
war es daher, eine umfangreiche Studie über das Leichtbaupotenzial von Vorder- und
Hinterachsen anzulegen. Die Aufgabe löste das Institut mithilfe der Verbundbauweise
und des Einsatzes faserverstärkter Kunststoffe. Zum Projekt gehörten alle Stufen der
Entwicklung, von der Definition von Anforderungen über das Design, numerische
Berechnungen und Prototypenfertigung bis zur Prüfung.
Innovative Lösungen sparen 37 Prozent Gewicht ein
Im Laufe des Projekts berechneten die LBF-Forscher die Hinterachse mit der Finite
Elemente-Methode in mehreren Schritten. Ergebnis war ein Entwurf, der aus zwei
metallischen Seitenteilen und einem Mittelteil aus Faser-Kunststoff Verbund besteht.
Diese Hybridbauweise vereinfacht die Gestaltung der Anbindungsstellen an die
Fahrzeugstruktur. Zudem können Temperatureinflüsse und lokale Beanspruchungen
besser berücksichtigt werden. Der Aufwand hat sich gelohnt: Die LBF-Wissenschaftler
konnten das Gesamtgewicht der Hinterachse durch das FKV-Mittelteil um rund 37
Prozent reduzieren.
Mehrere innovative Lösungen kennzeichnen die neu entwickelte hybride
Leichtbauhinterachse. So nutzten die Wissenschaftler als Verbindungselement zwischen
Redaktion
Anke Zeidler-Finsel | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF | Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz |
Bartningstraße 47 | 64289 Darmstadt | www.lbf.fraunhofer.de | [email protected] | Telefon +49 6151 705-268
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Metall- und Faserverbundbauteil die sogenannte T-Igel®-Verbindung. Dank der
formschlüssigen Verbindung hat T-Igel® den Vorteil, durch die Pins sehr hohe Kräfte
und Momente von der Metallbuchse zum CFK-Seitenteil zu übertragen. Dabei gingen
die Wissenschaftler einen neuen Weg, das Prinzip der T-Igel-Verbindung
beziehungsweise die Pins anzuwenden. Mit der formschlüssigen Verbindung von Pins
und Laminat konnten sie die Kerbspannung am Bohrungsrand reduzieren. Dadurch
ergab sich die Möglichkeit, das Laminat anschließend spanend zu bearbeiten und mit
einer Schraubenverbindung zu versehen.
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Indem sie den lokalen Lagenaufbau schrittweise optimierten, konnten die Darmstädter
Forscher die neue Leichtbauhinterachse auf die mehraxiale Belastung aus dem
Fahrbetrieb anpassen. Ausgehend von der T-Igel-Verbindung wurde eine
kerbspannungsarme, formschlüssige Metall- und Faserverbundverbindung abgeleitet.
Die Leichtbauhinterachse für Elektrofahrzeuge soll auch im Fahrversuch geprüft
werden. Daher standen bei der Auslegung ihre Sicherheit und Einsatztauglichkeit sowie
die Eignung für eine mögliche Serienfertigung im Fokus. Weil Vergleichswerte von
ähnlichen Hinterachsen fehlen, mussten die Sicherheitsfaktoren entsprechend hoch
angesetzt werden. Die Forscher versprechen sich von den Fahrtests auch die
Möglichkeit, die Geometrie noch weiter zu optimieren und auf diese Weise das
Leichtbaupotential der Leichtbauhinterachse noch besser ausschöpfen zu können.
Die im Fraunhofer LBF entwickelte hybride Leichtbauhinterachse reduziert das
Achsgewicht im Vergleich zum herkömmlichen Metall-Design um 37 Prozent.
Foto: Fraunhofer LBF
Das Fraunhofer LBF entwickelt, bewertet und realisiert im Kundenauftrag maßgeschneiderte Lösungen für maschinenbauliche Komponenten
und Systeme, vor allem für sicherheitsrelevante Bauteile und Systeme. Dies geschieht in den Leistungsfeldern Schwingungstechnik, Leichtbau,
Zuverlässigkeit und Polymertechnik. Neben der Bewertung und optimierten Auslegung passiver mechanischer Strukturen werden aktive,
mechatronisch-adaptronische Funktionseinheiten entwickelt und prototypisch umgesetzt. Parallel werden entsprechende numerische sowie
experimentelle Methoden und Prüftechniken vorausschauend weiterentwickelt. Die Auftraggeber kommen aus dem Automobil- und
Nutzfahrzeugbau, der Schienenverkehrstechnik, dem Schiffbau, der Luftfahrt, dem Maschinen- und Anlagenbau, der Energietechnik, der
Elektrotechnik, dem Bauwesen, der Medizintechnik, der chemischen Industrie und weiteren Branchen. Sie profitieren von ausgewiesener Expertise
der mehr als 400 Mitarbeiter und modernster Technologie auf mehr als 11 560 Quadratmetern Labor- und Versuchsfläche an den Standorten
Bartningstraße und Schlossgartenstraße.
Weiterer Ansprechpartner Presseservice:
Peter Steinchen l PR-Agentur Solar Consulting GmbH, 79110 Freiburg l Telefon +49 761 38 09 68-27 l [email protected]
Wissenschaftlicher Kontakt: M.Eng. Paul Becker | Telefon +49 6151 705-510 | [email protected]
Prof. Dr.-Ing. Andreas Büter | Telefon +49 6151 705-277 | [email protected]
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