Leichter als alles, was rollt

Magnesium, Carbon und Titan sind im Leichtbau-Rad der NRG Wheels Ltd. verbaut. Auf einem Porsche mit 380-PS-Motor soll es in Tests den Kraftstoffverbrauch um etwa 10 % gesenkt haben: Dies sind die Eckdaten der Leichtbau-Innovation, für die das britische Unternehmen den JEC Innovation Award 2011 in der Kategorie „Sport und Freizeit“ erhielt. Jetzt, fünf Wochen nach Abschluss der Pariser Komposit-Leitmesse JEC, geben die Ingenieure auch Details der Leichtbauentwicklung bekannt, und zwar über eine Mitteilung des Schweizer Entwicklungspartners Huntsman Advanced Materials, der das Epoxy-System für den Carbon-Anteil des Materials liefert.

Das Carbon-Magnesium-Rad verringert nach dessen Bericht nicht nur den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen, sondern verbessert auch die Fahrzeugeigenschaften und die Haltbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Rädern. Das erklärt sich dadurch, dass Felge und Nabe im Fokus der Neuentwicklung standen. Die aus einer Magnesiumlegierung geschmiedete Nabe reduziert die Porosität und die Korrosionsanfälligkeit der normalerweise gegossenen Bauteile gegen Null. Die aus Carbonlaminat bestehende Felge ist ein anderes wesentliches Merkmal, das die Gestaltung und die Leistungsfähigkeit des Rades stark beeinflusst. Huntsman wählte für deren Produktion ein Epoxy-System aus, das speziell für das RTM–Herstellverfahren geeignet ist. Es erfülle Forderungen nach erhöhter Zähigkeit und somit besserer Schlagfestigkeit im höchsten Grade, teilt Huntsman mit. Das Araldite RTM System verbindet zähelastisches Verhalten mit einer hohen Temperaturbeständigkeit und verhilft dadurch dem Carbon-Rad zu einer besseren Schlagfestigkeit als Metallrädern und zeigt darüber hinaus eine hohe Ermüdungsfestigkeit.

Zur Herstellung der Felgen im RTM-Prozess wurde ein für den Flugzeugbau entwickeltes Carbon-Gewebe trocken in die Form eingelegt und mit dem von außen injizierten Epoxy-System imprägniert. Speziell titanbeschichtete Verschlüsse innerhalb eingeklebter Büchsen verbinden die Nabe mit der Epoxy-Compositefelge. Diese Methode macht den Einsatz zusätzlicher Verbindungsmittel und Endverarbeitung unnötig. Dank der optimierten Prozessparameter und der Qualität des Epoxy-System zeigt sich die Oberfläche der Felge mit dem durchscheinenden Carbongewebes ästhetisch sehr ansprechend. Den Schutz der Oberfläche gegen UV-Licht und andere Umwelteinflüsse übernimmt eine zähmodifizierte, hochglänzende Lackschicht.

Das Carbon-/Magnesium-Rad ist nach Angaben der Ingenieure rund 40 % leichter als die leichtesten Räder aus Aluminium oder Magnesium. Der Ersatz von konventionellen Materialien durch Composites führt in erster Linie zu einer Gewichtsreduktion der Bauteile. Dadurch senken die Carbon-Räder den Kraftstoffverbrauch und somit die Emissionen in die Umwelt. Gleichzeitig wird die Leistung und das Fahrverhalten verbessert. In Tests auf einem Porsche mit 380-PS-Motor sollen die Carbon-/Magnesium-Räder den Kraftstoffverbrauch laut NRG Wheels um ungefähr 10 % gesenkt haben. Der reduzierte Kraftstoffverbrauch, die verringerten Motoren-Emissionen sowie der geringere Energieverbrauch zur Herstellung von Composites (gegenüber Aluminium-Legierungen) resultieren in einer bedeutenden Energieeinsparung über die Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg.

Die Konstruktion reduziert außerdem ungünstige gyroskopische Effekte und das Trägheitsmoment der Räder. Das führt zu einem besseren Beschleunigungs- und Bremsverhalten mit verringertem Bremsweg, besserer Bodenhaftung, leichterem und genauerem Steuerverhalten.

„Das spezielle Araldite RTM System erwies sich als ideal für diese Anwendung“, sagt Bevis Musk, Forschungs-/Entwicklungsdirektor bei NRG Wheels. „Es erfüllte die Forderungen nach einem hohen Festigkeits-/Gewichtsverhältnis und verbesserte die Schlagfestigkeit derart, dass das Carbon-Magnesium-Rad mehr als doppelt so harte Schlagbelastungen wie ein Metallrad aufnehmen kann.“ Durch die Zähigkeit der Araldit-Laminate verlängerten sich – anders als bei Metallen – allfällige Risse nur unwesentlich, und das Rad verforme sich auch unter hohen Belastungen kaum. „Das erhöht die Fahrsicherheit, da der Reifen auch bei hohen Schlagbeanspruchungen seine Luft behält und weiter gefahren werden kann.“

Das Potenzial von Carbon-Compositerädern ist groß, aber auch spezifisch. Die Räder eignen sich für teurere Hochleistungs-Fahrzeuge. Die NRG Carbon-Räder werden interessant für high-tuned Fahrzeuge, seien es Neuwagen oder für die Nachrüstung.

Durch das verringerte Trägheitsmoment eignet sich das Carbon-Rad laut NRG Wheels auch sehr für Lieferwagen und Busse, die häufig bremsen und anfahren müssen. Auch militärische Fahrzeuge sollen profitieren, da die Räder auch „das ballistische Verhalten“ verbessern, teilt Huntsman mit: Im Vergleich zu Metall- erzeugen Composite-Räder im Falle einer extremen Druckwelle weniger Schrapnelle, die das Fahrzeug treffen können.

Nicht zuletzt weist Huntsman darauf hin, dass RTM zusammen mit dem geeigneten Epoxysystem die reproduzierbare Produktion von qualitativ hochwertigen Bauteilen auch außerhalb des Automobilbaus ermögliche, und zwar in überschaubarer Zeit. Der flexible RTM-Prozess mache neuartige Designs möglich, die in Metall nicht machbar sind – das zeige die Compositefelge. os