Federleichte Felge aus Kunststoff

Stöße an den Bordstein, Schlaglöcher, Streusalz im Winter – Autofelgen müssen einiges aushalten. Bevor sie am Auto montiert werden dürfen, bedarf es daher einer zuverlässigen Prüfung. Sind sie robust genug? Entsprechen sie den Qualitätsanforderungen? Für herkömm-liche Felgen aus Stahl oder Aluminium gibt es standardisierte Prüfverfahren. Als Material für die Räder kämen auch faserverstärkte Kunststoffe in Betracht. Hier stellt sich allerdings die Frage, ob sich die Testmethoden für Metallräder ohne weiteres übertragen lassen – daher sind die Kunststoffräder bisher vom TÜV nicht zugelassen. Die Herstellerfirma BTE Hybrid-Tech®GmbH ist jedoch zuversichtlich: Die Felgen aus Faser-Kunststoff-Verbund, die sie im Jahr 2001 herstellte, haben in Tests Laufleistungen von 250 000 Kilometern erfolgreich überstanden. Der Vorteil der Kunststoffräder: Das Material vereint hohe spezifische Festigkeit mit geringem Gewicht und sieht zudem schön aus. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten – einer Matrix und verstärkenden Fasern. Durch gegenseitige Wechselwirkungen der beiden Komponenten erzielen diese im Verbund höherwertige Eigenschaften als die beiden Werkstoffe einzeln.

Die rechtliche Lage der Kunststoffräder könnte sich schon bald ändern – und den Designern von Leichtbaufelgen durch die Wahl des Materials mehr Gestaltungsfreiheit geben. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt entwickeln gemeinsam mit ihren Kollegen von vier weiteren Fraunhofer-Instituten eine Simulationsmethode, die die Qualität der Felgen zuverlässig vorhersagt. »Wir fertigen zunächst eine Computertomographie-Aufnahme des Rades an«, sagt Andreas Büter, Abteilungsleiter am LBF. »An dem Bild können wir die Länge, Ausrichtung, Krümmung und Dichte der Fasern bestimmen. Diese Parameter sind entscheidend für die Festigkeit und Belastbarkeit des Materials.« Mit den Ergebnissen simulieren die Forscher die Mikrostruktur des Materials, eine virtuelle Einheitszelle, in der sie erstmals auch die verschiedenen Krümmungen der Fasern darstellen können. Wie die Felge etwa Kurvenfahrten, einen Stoß an den Bordstein oder einen Crash übersteht, simulieren sie basierend auf den Ergebnissen an der Einheitszelle über ein numerisches Bauteilmodell. »Wir berechnen, welche Spannung und Dehnung im Material bei verschiedenen Belastungen auftritt«, sagt Büter. »Über Experimente wissen wir, welche Spannungen das Material unbeschadet übersteht und bei welchen Dehnungen es beschädigt wird. So können wir Kunststoffräder zuverlässig bewerten.«