Kohlefaserräder könnten der nächste Schub für die Reichweite von Elektrofahrzeugen sein

Australiens Carbon Revolution ist vielleicht nicht der bekannteste Radhersteller der Welt, aber sie gehören zu den interessantesten. Die meisten der bekannten und in hohen Stückzahlen verkauften Marken wie BBS, Rial und OZ stellen ihre Räder aus Metalllegierungen her, hauptsächlich aus Aluminium. Carbon Revolution verwendet Kohlefaserverbundwerkstoffe. Bis heute haben sie ihre außergewöhnlich leichten Räder hauptsächlich für Hochleistungsmaschinen wie den Ford GT, den Shelby GT350 und den Ferrari 488 Pista geliefert. Jetzt streben sie eine Ausweitung auf Mainstream-Fahrzeuge an, insbesondere solche, die mit Batterien betrieben werden.

Kohlefaserverbundwerkstoffe sind kein besonders neues Konzept. Sie werden seit vielen Jahren in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, bevor McLaren dieses leichte und hochfeste Material 1981 in die Formel 1990 und in den 1er Jahren in der legendären F2013 auf die Straße brachte. Im Jahr 3 hat BMW mit dem iXNUMX erstmals eine Carbon-Verbundstruktur in einem relativ großvolumigen Modell eingesetzt.

Der von Carbon Revolution verfolgte Ansatz mit Fokus auf die Räder könnte sich jedoch als kostengünstiger erweisen und einen größeren Effizienzvorteil bieten als BMW. Angesichts der Kosten und der Masse von Batterien ist die Maximierung der Energieeffizienz für Elektrofahrzeuge von entscheidender Bedeutung, um mit der geringsten Batteriemenge die größte Reichweite zu erzielen.

Die Reduzierung der Masse jeglicher Art ist ein einfacher Weg zur Verbesserung der Effizienz, indem einfach die Arbeitsbelastung des Antriebssystems und des Energiespeichers (auch bekannt als Batterie) reduziert wird. Aber nicht alle Massenreduktionen haben die gleiche Wirkung. Die Trägheit kennen wir aus Newtons zweitem Bewegungsgesetz. In einer sehr vereinfachten Form läuft es darauf hinaus, dass ein Objekt in Ruhe in Ruhe bleibt oder ein Objekt in Bewegung sich weiter bewegt, wenn keine unausgeglichene Kraft ausgeübt wird.

Aber der Trägheit sind Richtungsvektoren zugeordnet. Das Beschleunigen eines Fahrzeugs erfordert eine Kraft in die Richtung, in die Sie sich bewegen möchten. Im Fall eines Rades gibt es tatsächlich mehrere wichtige Richtungen, horizontal, vertikal und Rotation.

Die vertikale Trägheit muss überwunden werden, um den Konturen der Straße wie Unebenheiten oder Schlaglöchern zu folgen. Wenn die Räder größer werden, was sie aus ästhetischen Gründen unaufhaltsam zu tun scheinen, werden sie sehr schwer und die Fahrqualität verschlechtert sich schnell, weil das Rad nicht schnell genug nach oben oder unten beschleunigen kann, um der Straße zu folgen, wodurch diese Kräfte in die Kabine übertragen werden.

Die horizontale Trägheit muss überwunden werden, um das Fahrzeug zu beschleunigen, zu bremsen oder zu lenken. Dies wird jedoch dadurch erreicht, dass die Räder tatsächlich vom Motor oder den Motoren gedreht werden, so dass die Rotationsträgheit überwunden werden muss. Auch hier gilt: Je größer der Durchmesser des Rads, desto größer die Rotationsträgheit, und dies erweist sich als ein größerer Faktor für die Effizienz von Elektrofahrzeugen als nur die reine Masse des Rads. Wenn zwei Räder unterschiedlicher Größe die gleiche Masse haben, benötigt dasjenige mit dem am weitesten von der Mitte entfernten Gewicht mehr Energie zum Fahren.

Hier können Kohlefaserräder dank einer Gewichtsreduzierung von 40 bis 50 % im Vergleich zu einem ähnlich großen Leichtmetallrad einen enormen Vorteil für Elektrofahrzeuge darstellen. Laut Jake Dingle, CEO von Carbon Revolution, können Carbonräder an einem typischen SUV bis zu 130 Pfund Masse einsparen, die sich vertikal bewegt und dreht. Angesichts der Masse der Batterien, die im Ford F-1,600 Lightning bis zu 150 Pfund oder im GMC Hummer mehr als 2,900 Pfund wiegen können, ist dies eine bemerkenswerte Reduzierung, die die Reichweite verbessern würde.

Carbon-Verbundräder bieten jedoch noch weitere Vorteile. Im Vergleich zu Aluminium oder Stahl dämpfen die vernetzten Fasern in der Verbundstruktur Straßenstöße, die direkter durch Metall übertragen werden. Das Ergebnis sind bis zu 5 dB weniger Straßengeräusche in der Kabine. Da EVs keinen Motor haben, um andere Umgebungsgeräusche auszublenden, hilft die Reduzierung dieser Geräusche an der Quelle, die Dinge ruhig zu halten, ohne weitere schalldämpfende Matten hinzuzufügen.

Carbon-Verbundräder bieten auch mehr Flexibilität bei der Formgebung, die mit gegossenem oder geschmiedetem Aluminium nicht möglich ist. Dies kann aerodynamisch geformtere Räder ermöglichen, die den Luftwiderstand reduzieren und natürlich die Effizienz verbessern.

Bei einem Elektrofahrzeug kann die Verwendung eines Rads mit größerem Durchmesser, aber schmalerem Rad dazu beitragen, den Luftwiderstand zu verringern und gleichzeitig eine angemessene Aufstandsfläche für den Reifen auf der Straße zu erhalten. Das hat BMW mit dem i3 gemacht. Wären diese größeren, schmaleren Laufräder aus Kohlefaser-Verbund statt aus Aluminium, hätten sie sich noch positiver auf die Reichweite ausgewirkt.

Die Räder von Carbon Revolution werden durch ein Harzspritzpressverfahren hergestellt, das kein manuelles Auflegen der Fasern erfordert, wie dies für so etwas wie die Struktur eines Hochleistungssportwagens erforderlich wäre. Die Trockenfasern sind erheblich billiger als die in anderen Verfahren verwendeten harzvorimprägnierten Fasern und müssen nicht in einem Autoklaven ausgehärtet werden. Das Unternehmen entwickelt gleichzeitig seine Produkte und Prozesse, um die Produktionskapazität zu erhöhen und viele der Schritte zu automatisieren.

Während Carbonfaserräder heute noch einen erheblichen Preisaufschlag haben, schrumpft dieser mit steigenden Stückzahlen. In diesem Jahr rechnet das Unternehmen mit einer Produktion von etwa 50,000 Rädern und erwartet bei 1 Million Einheiten eine Wertparität mit Leichtmetallrädern. Das erste SUV-Programm von Carbon Revolution startet gegen Ende 2022 und Dingle erwartet in den nächsten sechs Jahren etwa 15 Fahrzeugprogramme mit einer erheblichen Produktionsausweitung bis Mitte des Jahrzehnts.