Fraunhofer-Erfindung 22.10.2020, 07:00 Uhr

E-Bike: Dieses Lastenrad hat einen entscheidenden Vorteil

Fraunhofer-Wissenschaftler haben ein wichtiges Trend-Fahrzeug verbessert: das Lastenrad. Mit ein paar neuen Denkansätzen und Materialien ist es Ihnen gelungen, die Reichweite deutlich zu erhöhen. Gleichzeitig ist die Batterie jetzt besser vor Witterungseinflüssen und Diebstahl geschützt.

Lastenrad

Das modifizierte Lastenrad ist leichter und effizienter.

Foto: Fraunhofer LBF

Wer hätte gedacht, dass solch ein historisches Gefährt einen derartigen Aufschwung erlebt? Lastenräder sind wahrlich keine Erfindung unserer modernen Zeit. Die ersten Modelle rollten schon Ende des 19. Jahrhunderts über die Straßen. Was damals der Not geschuldet war – das Auto steckte ja noch in den Kinderschuhen – ist heute zu einem Symbol für ein nachhaltiges Leben geworden. Händler und Privatleute, die Waren oder Einkäufe mit dem Lastenrad transportieren, verzichten in der Regel bewusst aufs Auto, um Kohlendioxid-Emissionen zu verringern. Gerade in den Großstädten, wo die Wege nicht allzu lang und die Straßen mit Autos verstopft sind, gehören Lastenräder inzwischen zum alltäglichen Bild.

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Zusätzlichen Schwung hat der Trend durch die Elektrifizierung erfahren. Die E-Bikes sorgen dafür, dass selbst die schwersten Einkäufe problemlos und ohne allzu viel Anstrengung über weitere Strecken transportiert werden können. So ist es kein Wunder, dass die Zahl der Lastenräder immer weiter zunimmt, ein Ende ist nicht in Sicht. Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF fördert diese Entwicklung – die Wissenschaftler haben ein Lastenrad gründlich aufgemotzt und innerhalb von nur drei Monaten deutlich verbessert.

Gewicht am Rahmen eingespart

Das Forscherteam war interdisziplinär zusammengesetzt aus Polymerchemikern und Ingenieuren der Betriebsfestigkeit, Werkstoffwissenschaft und Mechatronik. Angefangen haben sie für ihre Konstruktion keineswegs bei null. Das große Verbesserungspotenzial haben sie anhand eines handelsüblichen Zweispurlastenrades aufgezeigt. Die Wissenschaftler haben bei verschiedenen Komponenten angesetzt, um das Prinzip des Zweispurlastenrads effizienter zu gestalten. Es beginnt am Vorderwagen, dem sie als Teil des Projektes »LastenLeichtBauFahrrad« (L-LBF) eine neue Rahmenkonstruktion verpasst haben.

Dafür führten sie zunächst Fahrbetriebsmessungen durch und sammelten Ausgangsdaten über Gewicht und Geometrie des gewählten kommerziellen Lastenrades. Im nächsten Schritt erstellten sie am Computer CAD-Modelle (CAD = Computer-Aided Design) sowie FE-Modelle. Sie berechneten also die benötigte Festigkeit des Materials und weitere Faktoren. Diese Modelle nahmen sie als Grundlage für die Entwicklung eines Leichtbaurahmens und die Auslegung neuer Leichtbaufelgen. Allein diese neue Konstruktion für den Vorderwagen führte dazu, dass das Lastenrad insgesamt um 40% leichter geworden ist.

Neues Batteriesystem entwickelt

Darüber hinaus wählten die Forscher ein Hohlprofil, um darin das Batteriesystem TES (Tubular Energy System) zu verbauen. Auch die TES-Batterie haben sie extra für das optimierte Lastenrad entwickelt. Dabei sind die Li-Ion-Zellen rohrförmig angeordnet, weswegen sie sich perfekt in das Rahmenhohlprofil einbetten lassen. Grundsätzlich besteht die TES-Batterie aus insgesamt 80 Zellen und weist damit eine Kapazität von 1.000 Wattstunden (Wh) auf. Das ist doppelt so viel wie beim handelsüblichen Batteriesystem, das im Referenzfahrzeug regulär verbaut ist.

Die Tatsache, dass die Batterie im Rahmen steckt, bringt natürlich noch weitere Vorteile mit sich. Zum einen ist sie gut vor Witterungseinflüssen geschützt und auch Temperaturschwankungen nicht ganz so stark ausgesetzt. Zum anderen ist ein Diebstahl des Akkus damit nahezu unmöglich geworden.

Lenker wird ebenfalls verbessert

Parallel zur TES-Batterie haben die Forscher eine App entwickelt, die den Ladezustand auf dem Smartphone angezeigt. Der Radfahrer hat somit Verbrauch und Restenergie immer gut im Blick, und das in Abhängigkeit von der transportierten Nutzlast. Im Gesamtpaket mit der größeren Batteriekapazität sollte das – so die Hoffnung der Forscher – dazu führen, dass die zurückgelegten Strecken noch länger werden.

Beendet sind die Forschungen damit aber noch lange nicht. „Da geht noch mehr«, sagt Saskia Biehl, die das bereichsübergreifende Forschungsprojekt im Fraunhofer LBF geleitet hat. „Wir erarbeiten auch ein System zur aktiven Stabilisierung und Vermeidung von Lenkerflattern. Das hilft dem Nutzer noch mal mehr, diese spannenden Fahrzeuge als alternative, umweltfreundliche Transportmittel im dichten städtischen Verkehr sicher einzusetzen.“

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