21/10/2020
Door Ad Spijkers
Wetenschappers van het Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) gebruikten het voorbeeld van een bakfiets om het potentieel van lichtgewicht construeren van dit stadsvoertuig te demonstreren.
De onderzoekers vonden nieuwe manieren om het veilige gebruik van elektrisch ondersteunde bakfietsen te verbeteren en de actieradius van de voertuigen te vergroten. Dankzij een nieuwe frameconstructie werd een derde van het gewicht aan de voorkant van een tweesporig vrachtwiel bespaard. De batterij is opnieuw overwogen, de capaciteit is vergroot en de behuizing is bespaard door deze direct in het frame te integreren.
Het interdisciplinaire onderzoeksteam bestaant uit polymeerchemici en ingenieurs die gespecialiseerd zijn in structurele sterkte, materiaalkunde en mechatronica. Het team heeft niet alleen een standaard bakfiets lichter gemaakt, maar ook nieuwe benaderingen laten zien voor duurzame, betrouwbare lichtgewicht constructies. De functies die in fietsen zijn geïmplementeerd, bieden een groot potentieel voor veel toepassingen in verschillende industrieën, ook buiten de mobiliteit.
Lichtgewicht frame
In het L-LBF project werden CAD-modellen gemaakt en finite elementen modellen afgeleid. Dit gebeurde op basis van interne metingen van rijactiviteiten en initiële gegevens over het gewicht en de geometrie van de geselecteerde commerciële bakfiets. Deze modellen zijn gebruikt voor de ontwikkeling van het lichtgewicht frame en het ontwerp van nieuwe lichtgewicht velgen.
Structureel ontwerp en constructie van het nieuwe lichtgewicht fietsframe met een centrale holle profieldrager van sterke aluminiumlegeringen vormen de basis voor meer werk in de andere deelprojecten. Met de bakfiets als voorbeeld: alleen al het nieuwe ontwerp van de voorkant bespaart ongeveer 40 procent gewicht in vergelijking met het referentievoertuig.
Daarnaast is er voor het holle profiel gekozen om het speciaal ontwikkelde TES (Tubular Energy System) batterijsysteem te verbergen. De accu is daardoor zonder extra behuizing beschermd tegen weersinvloeden en thermische invloeden en is beveiligd tegen diefstal.
Veilige batterij
Bij het Tubular Energy System zijn de Li-ion cellen buisvormig gerangschikt, ideaal voor integratie in het holle frameprofiel. Het systeem bestaat uit in totaal 80 cellen en heeft een capaciteit van 1000 Wh. Dit is twee keer zo groot als het standaard accusysteem dat normaal in het referentievoertuig wordt geïnstalleerd. Dit geeft de fietser de mogelijkheid om beduidend langere afstanden af te leggen met elektrische ondersteuning. De laadstatus wordt weergegeven via een speciaal gemaakte app op de smartphone, zodat de bestuurder het verbruik en de restenergie te bewaken, afhankelijk van de vervoerde lading.
Het Tubular Energy System (TES) is heel geschikt voor integratie in het buizenchassis.
Het team heeft een veel lichtere fiets geïmplementeerd die langer en beter gecontroleerd kan worden gereden. Dit ontlast de gebruiker en leidt tot meer aandacht in het verkeer. De onderzoekers ontwikkelen ook een systeem voor actieve stabilisatie en het vermijden van stuurfladderen. Dit helpt de gebruiker nog meer om deze opwindende voertuigen veilig te gebruiken als alternatief, milieuvriendelijk vervoermiddel in druk stadsverkeer.
Foto's: Fraunhofer LBF