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Leichtbau Neue hybride Leichtbauhinterachse für E-Fahrzeuge

| Redakteur: Wolfgang Sievernich

Das Fraunhofer LBF hat eine Hinterachse entwickelt, die mehr als ein Drittel leichter als herkömmliche Achsen ist.

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Die neue Hinterachse besteht aus zwei metallischen Seitenteilen und einem Mittelteil aus Faser-Kunststoff-Verbund und wiegt mehr als ein Drittel weniger als herkömmliche Achsen.
Die neue Hinterachse besteht aus zwei metallischen Seitenteilen und einem Mittelteil aus Faser-Kunststoff-Verbund und wiegt mehr als ein Drittel weniger als herkömmliche Achsen.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Mit ihren Batterien legen Elektrofahrzeuge deutlich an Gewicht zu, was die Hersteller vor enorme Herausforderungen stellt. Leichtbau spielt daher 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 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.

Faser-Kunststoff-Verbund

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. Die LBF-Wissenschaftler reduzierten das Gesamtgewicht der Hinterachse um rund 37 Prozent.

Die Wissenschaftler nutzten als Verbindungselement zwischen Metall- und Faserverbundbauteil die T-Igel-Verbindung. Die formschlüssige Verbindung soll den Vorteil besitzen, durch die Pins sehr hohe Kräfte und Momente von der Metallbuchse zum CFK-Seitenteil zu übertragen. Mit der formschlüssigen Verbindung von Pins und Laminat konnte die Kerbspannung am Bohrungsrand reduziert werden. Dadurch ergab sich die Möglichkeit, das Laminat anschließend spanend zu bearbeiten und mit einer Schraubenverbindung zu versehen. Indem sie den lokalen Lagenaufbau schrittweise optimierten, konnten die 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.

Serienfertigung möglich

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.

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