Motorradprototyp Light Rider: Ein Elektromotor mit 6 kW Leistung soll das Zweirad in wenigen Sekunden auf die Maximalgeschwindigkeit von 80 km/h beschleunigen.
Airbus APWorks
Der fahrfertige Motorradprototyp namens Light Rider wiege 35 kg, wovon der Rahmen gerade einmal 6 kg ausmachen soll. Im Vergleich zu Rahmen anderer Elektromotorräder dieser Klasse eine Gewichtsersparnis von 30 Prozent, betont der Hersteller Airbus APWorks. Das Münchner Unternehmen ist eine Tochter der Airbus Group und spezialisiert auf bionisch optimierte Metallkomponenten aus dem Drucker für Luftfahrt, Automobilbau und Robotik. Die Münchner wollen mit dem Technologieträger demonstrieren, welche Möglichkeiten generative Fertigungsverfahren heute schon bieten.
Von der Natur inspirierte Struktur
Um die bestmögliche Struktur für das Fahrgestell zu ermitteln, setzten die Ingenieure auf einen bionisch arbeitenden Algorithmus: Natürliche Wachstumsprozesse geben dabei vor, welche Lastpfade stärker auszuführen sind, und welche weniger stark. "Die Gestalt des Rahmens ist das Ergebnis von einer strukturellen Topologieoptimierung, die auf dem SIMP-Verfahren basiert. Vereinfacht gesagt, wird der Bauraum in viele kleine Elemente diskretisiert", erklärt Niels Grafen, der bei APWorks für die Entwicklung des Light Riders zuständig war. Das angewendete Verfahren basiert auf der Finite-Elemente-Methode. "Da die Entwicklung von Motorradrahmen heutzutage von einer hohen Steifigkeit getrieben ist, haben wir als Ziel für den Optimierungsalgorithmus vorgeben, die Steifigkeit des Rahmens zu maximieren. Der Algorithmus berechnet für jedes Element dessen Wichtigkeit für die Aufnahme der Lasten unter dem Ziel der maximalen Steifigkeit", sagt Grafen. Als Ergebnis seien so nur noch die relevanten und lasttragenden Bereiche geblieben, bei einem möglichst geringen Gewicht. "Eine derart komplex verzweigte Hohlstruktur ist mit konventionellen Herstellungsprozessen wie beispielsweise dem Schweißen oder Fräsen nicht realisierbar", erläutert Joachim Zettler, Geschäftsführer von Airbus APWorks, das Ergebnis der Berechnungen.
Dank der Fortschritte im Bereich der generativen Fertigung habe die aufwendige bionische Konstruktion von APWorks dagegen unverändert realisiert werden können. Die Kabelführung wurde in die hohle Struktur des Rahmens integriert. Hergestellt wurde das Fahrgestell aus Milliarden Partikeln einer speziellen Aluminiumlegierung, die von einem Laserstrahl verschweißt wurden. "Wir haben das komplette Fahrgestell mittels des Laserstrahlschmelzverfahrens (SLM) generativ hergestellt. Dazu zählen der Hauptrahmen und die Schwinge des Motorrads", berichtet Niels Grafen, der bei APWorks für die Entwicklung des Light Riders zuständig war. "Diese tragenden Hohlstrukturen sind aus unserer proprietären Aluminiumlegierung Scalmalloy gefertigt und zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht aus", erklärt Grafen. Zudem sei noch die Gabelkrone generativ hergestellt worden. Scalmalloy ist eine korrosionsbeständige Aluminiumlegierung mit - laut APWorks - nahezu der spezifischen Festigkeit von Titan. Speziell entwickelt für die generative Fertigung, kombiniere die Legierung eine hohe Festigkeit mit einem hohen Maß an Duktilität.
3-D-Druck als Enabler für künftige Mobilitätskonzepte?
Wie Graefen berichtet, ist das Motorrad eine komplette Eigenentwicklung von APWorks. "Für die grundsätzliche Auslegung für das Fahrwerk des Light Riders haben wir zum einen ein Benchmark mit bestehenden Motorrädern durchgeführt und zum anderen zweiradspezifische Auslegungsprogramme verwendet, um den Komfort und die Fahrdynamik möglichst früh im Entwicklungsprozess abzusichern", berichtet Grafen. Die Stabilität sei durch die optimale Gestalt des Rahmens und umfangreichen numerischen Simulationen abgesichert worden. "Jedoch", sagt Grafen, "haben wir uns nicht nur auf die numerischen Vorhersagen verlassen, sondern haben die Ergebnisse durch physikalische Tests verifiziert. So haben wir zum Beispiel die Gabelkrone optimiert und in einen Dauerbelastungstest die Funktion dieses sicherheitskritischen Bauteils überprüft."
APWorks bringt eine auf 50 Stück limitierte Version des Elektromotorrads auf den Markt. Ein Elektromotor mit 6 kW Leistung soll das Zweirad in 3 Sekunden von Null auf 45 km/h beschleunigen, seine Maximalgeschwindigkeit erreiche es bei 80 km/h. Der Light Rider soll aber vor allem als Technologieträger dienen, um die komplette Prozesskette aufzuzeigen, die APWorks anbieten kann. Dazu gehören die Entwicklung und Konstruktion, die Fertigung mittels generativen Verfahren und die entsprechende Qualitätssicherung. "Mit dem Light Rider", sagt Grafen, "möchten wir aber auch unsere Vision von zukünftiger Mobilität im urbanen Umfeld aufzeigen und wie der 3-D-Druck ein treibender Faktor diesbezüglich sein kann."