Studenten entwickeln Elektroauto mit Naturfaser-Monocoque

Die Studierenden des Teams Protron der Hochschule Trier haben ihr neues Nahverkehrsfahrzeug einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt. Der Protron Evolution ist das erste alltagstaugliche Straßenfahrzeug des Teams, das in den vergangenen Jahren Experimentalfahrzeuge für Energieeffizienz-Wettbewerbe baute. Er wird vollständig an der Hochschule Trier entwickelt und seit Januar 2017 auch dort gefertigt. Über 70 Studierende aus den Fachrichtungen Fahrzeugtechnik, Maschinenbau, Elektrotechnik, Informatik und Design arbeiten hierzu mit knapp 30 Firmen zusammen.

Bei dem Protron Evolution handelt es sich um ein Nahverkehrsfahrzeug für 2+2 Personen. Das Design der Außenhaut wurde in Zusammenarbeit mit Studierenden des Studiengangs Industrial Design der Hochschule Osnabrück entwickelt. Die aerodynamisch optimierte Form führt zu einem markanten Heck. Das Fahrzeug ist mit einer auf 100 km/h begrenzten Höchstgeschwindigkeit und einer Mindestreichweite von 100 Kilometern für den stadtnahen Pendlerverkehr und kürzere Überlandstrecken konzipiert. Zwei Elektromotoren mit je acht kW Leistung an der Hinterachse bilden den Antrieb.

Die elektrische Energie liefert eine 60-V-Traktionsbatterie. Diese kann durch ein optionales "Komfortmodul" zur weiteren Steigerung der Reichweite ergänzt werden, bei dem eine Brennstoffzellen- oder eine zweite Akkueinheit Energie liefern. Damit soll sich eine erhöhte Reichweite von mindestens 200 km und ein höherer Klimakomfort erzielen lassen, prognostizieren die Studenten.

Faserverbund-Monocoque als Sicherheitszelle

Das komplette Fahrzeugkonzept basiert auf einer ultrasteifen Fahrgastzelle, einem hauptsächlich aus Naturfasern bestehenden Monocoque, das den Überlebensraum im Crashfall sicherstellen soll, und nur lokal lastpfadorientiert mit unidirektionalen Kohlefasern verstärkt ist. Durch Leichtbaumaßnahmen und ein innovatives Sicherheitskonzept erfülle das Fahrzeug mit einem Gesamtgewicht von 550 Kilogramm (inklusive Akku) alle Vorgaben für die Zulassung gemäß der Klasse M1 (StVZO) einschließlich der Crashsicherheit und wird mit Blick auf eine mögliche Serienfertigung entwickelt.

Ein großer Vorteil der Naturfasern liege laut dem Team in der gesamtenergetischen Betrachtung, da die aufzuwendende Energie von der Herstellung bis zum Bauteil im Gegensatz zu Kohlefasern erheblich geringer sei. Des Weiteren sei die Naturfaser der Kohlefaser kostenmäßig überlegen. Weiterhin sprächen die Dämpfungseigenschaften zugunsten des Komforts und die Splittereigenschaften zugunsten der passiven Sicherheit im Innenraum für ihre Verwendung. Die Naturfaser hat ferner eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit im Vergleich zu Stahl. Allerdings bringt ihre Verwendung auch einige Herausforderungen mit sich. "Sie ist schwerer zu dimensionieren, da kaum Materialkennwerte vorliegen und als natürlicher Werkstoff ist sie Schwankungen unterworfen sowie feuchtigkeitsempfindlich", erläutert Johann Wacht, Teamleiter PR des Teams Protron, an der Hochschule Trier.

"Angestrebt auf das Gesamtkarosseriegewicht ist ein Kohlefaseranteil von unter fünf Prozent", so Wacht. Auf das Monocoque bezogen werde der Kohlefaseranteil deutlich unter zehn Prozent liegen, der Naturfaseranteil damit über 90 Prozent. "Mit dem Vakuuminfusionsverfahren werden wir bei unserem Prototyp einen Faservolumenanteil von 50 bis 55 Prozent erreichen. Für die Serie wäre RTM eine Möglichkeit, dies muss aber noch näher untersucht werden", erklärt Wacht.

"Die Ober- und Unterschade des Monocoques werden mittels Schäftens gefügt, da diese auf Schub belastet werden", so Wacht. Mitteltunnel und Sitzkasten hingegen seien auf Stoß verklebt, da hier Druckkräfte wirken. Als Matrix komme derzeit aus Gründen der Prozesssicherheit ein Epoxydharzsystem zum Einsatz.