Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFLastenfahrrad, Leichtbaurahmen, Tubular Energy System TES, Nutzlastüberwachung, Transportboxentwicklung, Leichtbaufelgen
LastenLeichtBauFahrrad »L-LBF«
Lastenfahrräder, auch Cargo-Bikes genannt, stellen im Stadtverkehr eine wichtige Alternative zum Auto dar. Sie sind umweltbewusst, flexibel, schnell und klimafreundlich. Junge Familien, Handwerker und Lieferdienste nutzen Cargo-Bikes im Straßenverkehr. Die Nachfrage danach steigt stetig an. Deshalb entwickelt das Fraunhofer LBF nachhaltige, sichere und zuverlässige Lösungen für die nächste Generation von Lastenrädern.
Sensormodul
Ultraleichte Transportbox mit Crash-Strukturen
Biobasierte, thermisch-isolierte Transportbox für den Transport warmer
Effizienter, nachhaltiger, zuverlässiger Leichtbau ganzheitlich auf den Ebenen des Material-, des Struktur- und des Systemleichtbaus
Als Ausgangszustand wurden handelsübliche Lastenfahrräder verwendet. Ein Ziel des Projektes war die praxisnahe Klärung besonderer Chancen für die Einsparung von Masse am Cargo-Bike. Bei einem Dreirad in Bakfietbauweise (großes Foto oben) wurde durch ein Redesign des Rahmens in Kombination mit einem Werkstoffwechsel von einer Stahl- auf eine Aluminiumlegierung eine Gewichtsreduktion des Vorderwagens von ca. 40% bzw. mehr als 40 kg erreicht. Das Herzstück dieses neu konzipierten Rahmens bildet ein mehrfach gekrümmtes Aluminiumtragrohr, in welches diebstahlsicher und gut geschützt vor äußeren Witterungsbedingungen ein für dieses Rad entwickeltes röhrenförmiges Batteriesystem, auch Tubular Energy System (TES) genannt, integriert wird. Das ursprünglich außen am Fahrradrahmen montierte Akku-System bot dem Fahrer eine Kapazität von 500 Wh, während das neuartige TES 80 Li-Ionen-Zellen beinhaltet und eine Kapazität von 1000 Wh zur Verfügung stellt.
Sensorische Verbindungselemente wurden ebenfalls in diesem Projekt entwickelt. Sie befinden sich zwischen Vorderwagenrahmen und Transportbox und dienen der sicheren, überwachten Verbindung. Diese Kraftsensormodule beinhalten kapazitive Sensorschichtsysteme, die auf dielektrischen Elastomeren basieren. Vier der nur 8 mm dünnen Sensormodule werden als Verbindungselemente in die Eckbereiche der Transportbox montiert und bieten die Möglichkeit, die Nutzlast, deren Lage und Verteilung in der Box kontinuierlich während der Fahrt zu prüfen. Zusätzlich ermöglichen sie aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit die Messung des Straßenzustandes, woraus weitere Geschäftsmodelle abgeleitet werden können. Die Sensordaten werden dem Fahrer auf einem Display angezeigt.
Die Transportbox ist ein wichtiges Element im Hinblick auf die Ladung. Um eine besonders leichte Lösung zu demonstrieren, wird eine Box mit additiv gefertigten bionischen Strukturen in Kombination mit kohlefaserverstärkten Kunststoffen aufgebaut. Die Integration von Crash-Strukturen ist für den Transport von empfindlichen Lasten möglich. Zusätzlich wurde als ökologisch nachhaltige Lösung eine Box aus Biomaterialkombinationen, z. B. Wiesengras mit Flachsfasern, gebunden mit Biopolymer, konstruiert, wie in Abbildung 4 gezeigt wird. Aufgrund ihrer thermisch-isolierenden Eigenschaften sind diese Boxen ideal für den Transport von z. B. warmen Speisen geeignet.
An einem Long John Lastenrad (Abbildung ganz unten) wurde zusätzlich ein aktives System zur Reduktion des Lenkerflatterns realisiert. Mit dem integrierte geregelten Sensor-Aktorsystem werden sowohl Fahrkomfort als auch Fahrsicherheit gerade bei längeren Strecken deutlich erhöht. Damit werden die Akzeptanz und der Nutzen dieser Verkehrsträger weiter erhöht.