Neues Design eines Leichtbau-Fahrwerks für den Einsatz im Nutzfahrzeugbau

Der Einsatz von Leichtbaumethoden bei der Fahrwerkkonstruktion bietet ein enormes Einsparpotential hinsichtlich Material und Energieverbrauch in der Verkehrstechnik. Durch eine geschickte Anordnung von Fahrwerkskomponenten ist es möglich den herkömmlichen Materialeinsatz und damit das Gewicht dieser Komponenten signifikant zu reduzieren.

Fragestellung

Eines der wichtigsten Ziele bei der Entwicklung von Fahrzeugen besteht darin, den Energieverbrauch der Fahrzeuge zu senken. Neben der Antriebstechnik verspricht die Elektromobilität große Vorteile. Dieser Ansatz ist aber nur sinnvoll wenn der Strom regenerativ erzeugt wird und das Problem der Zwischenspeicherung mittels Batterietechnik nachhaltig gelöst ist. Einen weiteren großen Stellhebel stellt der Fahrzeugleichtbau dar. Durch die Reduktion des Fahrzeugeigengewichtes lässt sich der Energieaufwand direkt proportional mit der Fahrzeugmasse reduzieren. Die Herausforderung der Entwicklung liegt in der Optimierung der Größen Materialeinsatz, Belastungen und Fertigungskosten.
Da die Gesamthöhe von Nutzfahrzeugen gesetzlich beschränkt ist, wird das Federsystem in der Regel nicht direkt über dem Achskörper montiert. So wird die Radlast nur zum Teil über die Fahrwerkfeder ins Chassis eingeleitet, wobei die Federungseigenschaften negativ beeinflusst werden können. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung liegt in einem unverhältnismäßig großem Fahrwerkgewicht, da die Lenker und Achskörper mit großen Biegemomenten beaufschlagt werden, müssen diese konzeptbedingt relativ massiv und schwerer als erforderlich ausgeführt werden. D. h. aber auch, dass in diesem Bereich konstruktive Leichtbaupotentiale existieren.

Lösung

Durch eine geschickte Anordnung der Fahrwerkskomponenten kann ein starres nichtangetriebenes Fahrwerk für Nutzfahrzeuge mit geringerem Gewicht und verbesserten Federungs- bzw. Dämpfungseigenschaften realisiert werden. Bei diesem innovativen Konzept sind die Verbindungen zwischen den Rädern sowie den Aufhängungspunkten durch beispielsweise miteinander verbundene Längs-, Quer- und Diagonalstreben ausgeführt, die zusammengenommen ein Tragwerk bilden, das fachwerkartig die Fahrwerkfedern umschlingt und so für eine direktere Aufnahme der entstehenden Belastungen sorgt. Diese Anordnung ermöglicht eine erheblich leichtere und kostengünstigere Bauweise — ohne den Einsatz kosten- und verarbeitungsintensiver Sonderwerkstoffe — als der Stand der Technik bei verbesserten Federungseigenschaften.

Vorteile

Gewichtsreduktion: Die Geometrie des Fahrwerkes bedingt eine homogenere Verteilung der Belastungen bzw. Belastungsspitzen. Die Gewichtsreduktion gegenüber dem Stand der Technik beträgt bis zu 30%. Die Gewichtsreduktion geht nicht zu Lasten der Lebensdauer, sondern wird allein durch den Leichtbauansatz der Tragwerkstruktur erreicht.

Wirtschaftlicher Nutzen: Der wirtschaftliche Nutzen der Erfindung ergibt sich im Wesentlichen aus drei Gründen:

die Gewichtsreduktion korreliert mit den Herstellkosten, da weniger Fertigungsmaterial eingesetzt werden muss.
die zulässige Fahrzeugnutzlast wird um den Betrag erhöht, um den das Leergewicht sinkt. Ein leichteres Nutzfahrzeug kann somit mehr Ladegut transportieren, wodurch die Transportkosten gesenkt werden.
dem Fahrzeugleergewicht kommt bei der Vermarktung preisbildende Bedeutung zu, da leichtere Fahrzeuge besser verkauft werden können.
Verbesserte Federungseigenschaften

Ein weiterer Vorteil sind die verbesserten Federungseigenschaften, wodurch die mechanische Belastung des Fahrwerks reduziert wird und Transportgut weniger durch Stöße belastet wird.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten

Elektronutzfahrzeuge, beispielsweise Flughafenfahrzeuge oder Arbeitsfahrzeuge fürs Gelände
Elektromobile im urbanen Raum, wie „Golfwagen“, Postwagen etc.
Caravanbau
optimierte Kraftverteilung in Fachwerkstrukturen