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Mittwoch, 20. Februar 2019

Mobilität

Transrapidantrieb in Felge und Schutzblech eingebaut

Von Peter Trechow | 29. Mai 2015 | Ausgabe 22

Leichtbau mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) ebnet den Weg zu einem neuen Antriebskonzept für Elektro-Zweiräder. Magnete und Spule des Motors sind in Felge und Schutzblech integriert, Batterie und Leistungselektronik im Rahmen untergebracht.

Fahrrad-BU-Trech
Foto: Carbo Fibre Tec

Funktionsintegration: In die Felge aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff sind Magnete eingearbeitet.

Die Idee kam Thomas Leschik beim Entwickeln eines präzisen Rennradtachometers. „Wir haben zehn Magneten in eine Carbonfelge einlaminiert, um bei jeder Zehntel-Umdrehung des Rades einen Messwert zu generieren“, berichtet der Geschäftsführer der Carbo Fibre Tec GmbH aus Friedrichshafen, die mit über 100 Mitarbeitern Leichtbau für viele unterschiedliche Branchen konzipiert und umsetzt.

Leschik brachte das Felgenkonzept auf eine Idee. „Wenn wir noch viel mehr Magnete integrieren und eine Spule im Rahmen unterbringen, ist das ein Antrieb“. Er beließ es nicht bei der Idee, sondern erwirkte Patente für mehrere Varianten seines Antriebs. Dann trommelte er je drei Partner aus Industrie und Forschung für ein Förderprojekt des Bundesforschungsministeriums (BMBF) zusammen, die das nötige Know-how rund um Akkus, Leistungselektronik und Chipdesign beisteuerten. Der Plan ging auf.

Mit 1,8 Mio. € hat das BMBF den Aufbau eines Demonstrators gefördert. Projekttitel: „Velo Cité“ – also Fahrrad, Stadt und Geschwindigkeit. Letztere hat der neue Antrieb zu bieten: „Auf dem Prüfstand haben wir in der Auslegung mit 500 W Motorleistung 120 km/h erreicht“, so Leschik.

Für E-Scooter oder elektrisch angetriebene Krafträder seien darüber hinaus auch Varianten im kW-Bereich machbar.

Im Projekt haben die Partner den getriebelosen Antrieb samt Akkus in ein E-Bike integriert, das von außen nicht als solches erkennbar ist und nur 14 kg wiegt. Funktionsintegration ist das Stichwort: die Magnete sind in die CFK-Felge des Hinterrads eingelassen, Spule und Leistungselektronik sitzen im ums Rad gezogenen Sattelrohr des CFK-Rahmens. Das Akkupaket verbirgt sich im Unterrohr.

Der Leichtbaurahmen ist der Schlüssel zum innovativen Antrieb. So schmiegt sich die Kunststoffmatrix um die Antriebskomponenten und über die Kohlenstofffasern lässt sich die elektromagnetische Abschirmung einstellen. Vor allem aber gewährleistet das extrem steife Material einen stabilen Luftspalt zwischen Magneten und Spule in Felge und Rahmen. „Wir erreichen die vierfache Steifigkeit vergleichbarer Metallrahmen“, so Leschik. Mit herkömmlichen Metallfelgen und -rahmen sei das Antriebskonzept nicht umsetzbar. Dazu kommen die Gewichtsvorteile, die sich positiv auf die Reichweite auswirken.

Noch bewegt sich der Antrieb im Entwicklungsstadium mit Kinderkrankheiten. So hat die hohe Rekuperationsleistung die zunächst eingesetzte Leistungselektronik in Grenzbereiche gebracht. Auch muss die Kapselung des Antriebs gegen Schmutz und Wasser optimiert und die Anhaftung metallischer Gegenstände an der Felge vermieden werden. Leschiks Lösungsvorschläge: „Kleinere Magneten, damit der einzelne Magnet nicht mehr die Kraft hat. Oder der Wechsel vom selbst- zum fremderregten Motor.“

Dafür müsste man auf eine ebenfalls patentierte Strategie umschwenken, in der statt der Magnete kleine Spulen in die Felgen einlaminiert werden, die dann gegen die Spule im Rahmen arbeiten. Alternativ seien Spulen in der Felge und Magneten im Rahmen denkbar.

Für den Rahmen als Schlüsselkomponente plant CarboFiberTec eine Fertigung in Deutschland aufzubauen. Premium-Carbon-Laufräder, auf denen auch Radsportprofis unterwegs sind, fertigen die Friedrichshafener bereits unter der Marke „Lightweight“. Die Eigenproduktion und neue Fertigungsverfahren sollen die Produktionskosten für die extrem leichten E-Bikes samt Felgenmotor auf ein Niveau zwischen 3000 € und 5000 € senken.

„Für den Rahmen haben wir eine innovative 3-D-Knotenwickeltechnik entwickelt und für die Felgen eine neue Ringwickeltechnologie erfunden“, erklärt Leschik.

Gesucht ist nun ein strategischer Partner mit Elektronik-Know-how, der den neuartigen Antrieb in Serie bringen und so nach Mittel- und Nabenmotoren ein drittes Antriebskonzept im boomenden E-Bike-Markt etablieren möchte.