Fraunhofer LBF Weniger Gewicht für Elektrofahrzeuge

Elektromobilität ist ohne Leichtbau nicht denkbar. Die Gewichtsoptimierung steht daher weit oben auf der Agenda der Entwickler. Wissenschaftler ist es nun gelungen, das Achsgewicht einer Hinterachse um 37 Prozent zu senken.

Im Rahmen des EU-Forschungsprojektes „epsilon“, das dem Leistungsfeld Leichtbau zugeordnet ist, entwickelte das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit 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.

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.