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21.04.2017 | Leichtbau | Nachricht | Onlineartikel

BMW Motorrad präsentiert HP4 Race mit CFK-Monocoque

Autor:
Angelina Hofacker

BMW Motorrad setzt nicht nur beim Hauptrahmen der neuen HP4 Race vollständig auf CFK. Auch Vorder- und Hinterrad des Rennmotorrads sind aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gefertigt.

BMW Motorrad hat diese Woche das Rennmotorrad HP4 Race auf der Messe Auto Shanghai der Öffentlichkeit vorgestellt. Das neue Rennmotorrad soll im Hinblick auf Antrieb, Elektronik und Federelemente auf dem Niveau aktueller Superbike-Werksrennmaschinen rangieren und fahrwerksseitig mit ihrem CFK-Rahmen sogar darüber hinausgehen. Die Spitzenleistung des Rennmotorrads beziffert der Motorradhersteller mit 158 kW (215 PS) bei 13.900/min. Das maximale Drehmoment von 120 Nm werde bei 10.000/min erreicht. Die Maximaldrehzahl sei gegenüber dem Motor der S 1000 RR von 14.200/min auf 14.500/min gesteigert worden. Mit dem Ziel bestmöglicher Performance kommt ein Sechsgang-„Close-Ratio“-Renngetriebe mit optimierten Übersetzungsstufen und verschiedenen Sekundärübersetzungen zum Einsatz, berichten die Entwickler des Motorrads.

Und mit einem Gewicht von fahrfertig vollgetankt 171 Kilogramm unterbiete das Motorrad sogar die aktuellen Werksrennmaschinen der Superbike-Weltmeisterschaft und liege nur knapp über den Werksrennern der MotoGP. Neben gewichtsoptimierter Bordelektrik trage maßgeblich der gezielte Einsatz von CFK Anteil am geringen Gewicht des Zweirads.

7,8 Kilogramm leichter Hauptrahmen aus CFK

Die neue HP4 Race soll in einer Auflage von 750 Einheiten gefertigt werden. In diesem Zusammenhang verhelfe BMW Motorrad als weltweit erster Motorradhersteller einem vollständig aus Carbon im RTM-Verfahren (Resin Transfer Moulding) gefertigten Hauptrahmen zu einer industriellen Kleinserienfertigung. Der Hauptrahmen in Monocoque-Bauweise der neuen HP4 Race wiege 7,8 Kilogramm und unterbiete das aus Aluminium gefertigte Pendant der 2017er RR um 4 Kilogramm.

Wie die Experten von BMW berichten, hätten sowohl die Herstellung des Rahmens in einem Stück als auch das industrielle Fertigungsverfahren im RTM-Prozess eine gleichbleibend hohe Fertigungsqualität sowie gleichbleibende physikalische Eigenschaften ermöglicht. Der in sich hohle Rahmenkörper mit versteifenden Schottwänden in den Rahmenseitenprofilen biete damit eine optimale fertigungstechnische Umsetzung des Werkstoffs CFK.

Beim Hauptrahmen der neuen HP4 Race handelt es sich um einen Carbon-Brückenrahmen, der den um 32 Grad nach vorne geneigten Motor als tragendes Element integriert, berichten die Ingenieure des Motorradherstellers. Um ein bestmögliches Fahrverhalten und Fahrgefühl für den Fahrer zu erreichen, wurde der Rahmen in seiner Konstruktion und Formgestaltung so ausgelegt, dass er unterschiedliche Steifigkeiten wie ein definiertes Biege- und Torsionsverhalten sowie Quersteifigkeit aufweist. In der Vergangenheit sei das einer der zentralen Schwachpunkte bei der Auslegung von Carbon-Rahmen gewesen — gerade im Rennsport, wo der so genannte „Flex“ des Chassis den mechanischen Grip beeinflusse.

Auf der Prioritätenliste habe bei der Entwicklung des Hauptrahmens auch dessen Dauerhaltbarkeit gestanden. Wichtig sind dabei sämtliche aus Metall gefertigte Lageraufnahmen und Verschraubungspunkte. Wie die Ingenieure berichten, sind bei der neuen HP4 Race die sogenannten Inserts direkt in den Carbon-Fertigungsprozess integriert, zusätzlich mit einer Glasfaserisolierung gegen korrosive Einwirkungen geschützt und sollen dank einer besonderen formschlüssigen Gestaltung den zwingend geforderten, dauerhaft festen Sitz erhalten.

Höhenverstellbares, selbsttragendes Carbon-Rahmenheck

Auf CFK setzen die Entwickler von BMW Motorrad auch bei dem selbsttragenden, in drei Positionen höhenverstellbaren Rahmenheck sowie dem Vorder- und Hinterrad des Motorrads. Das selbsttragende Rahmenheck ist mit dem Hauptrahmen über vier Aufnahmepunkte verschraubt. Das Rahmenheck wurde als Handlaminat im Handauflegeverfahren geformt. Als Werkstoffe kamen hier Carbon-Köpergewebe sowie Epoxydharz zum Einsatz. Im Sinne größtmöglicher Festigkeit und Temperaturstabilität sei das Bauteil zusätzlich getempert worden. Im Auslieferungszustand betrage die Sitzhöhe 831 mm, in der unteren Position 816 mm und in der höchsten Stellung 846 mm. Die weitere ergonomische Anpassung der HP4 Race unterstütze die aus Aluminium gefräste und achtfach justierbare HP Fußrastenanlage.

Gewichtsreduzierung der Räder um etwa 30 Prozent

Wie der Hauptrahmen sind beiden 17-Zoll-Räder der neuen HP4 Race mit einer Breite von 3,5 Zoll vorne sowie 6,0 Zoll hinten als „Carbondrive“-Bauteile gefertigt. Allerdings erfolgt ihre Herstellung im Faserflechtprozess, Braiding genannt, bei dem die gesamte für das Rad benötigte Gewebestruktur maschinell in einem Stück gewickelt wird. Verglichen mit herkömmlichen Leichtmetall-Schmiederädern seien die in einem Stück gefertigten Carbon-Räder um rund 30 Prozent leichter und sollen um etwa 40 Prozent geringere Kreiselkräfte aufbauen.

Gegenüber Leichtmetall-Schmiederädern sollen die Carbon-Räder zudem Vorteile hinsichtlich Flexibilität und Bruchfestigkeit bieten. Während ein Schmiederad im Versuch beim Überfahren eines 70 mm hohen Hindernisses mit 120 km/h Geschwindigkeit einen Bruch und abrupten Luftverlust erlitten habe, habe das Carbon-Rad den Entwicklern zufolge die ganze Energie in das Felgenbett aufgenommen. Anschließend erfolgte eine vollständige Rückverformung in die ursprüngliche Form. Damit resultiere für den Fahrer in einem derartigen Fall kein schlagartiger Luftverlust und er soll seine Fahrt mit verminderter Geschwindigkeit bis zur Box fortsetzen können. Grundsätzlich sei die Schadenskette bei der neuen HP4 Race so aufgebaut, dass Rahmen und Räder im Falle eines Sturzes als letzte Bauteile des Motorrads versagen.

Industrielle Fertigung von Fahrzeugkomponenten aus CFK

Seit der Markteinführung des BMW M3 CSL im Jahr 2003 hat die BMW Group den CFK-Fertigungsprozess für den Großserieneinsatz im Automobilbau industrialisiert. Unter dem Begriff Carboncore fasst BMW Bauteile zusammen, bei denen CFK als funktionaler Werkstoff zum Einsatz kommt, um Gewicht zu reduzieren und / oder die Festigkeit eines Bauteils gegenüber alternativen Werkstoffen wie Stahl, Aluminium oder Magnesium zu erhöhen. Als Ausgangsmaterialien werden dabei Gewebe oder auch Gelege verwendet. Sie werden in das Fertigungswerkzeug (Form) eingelegt und erhalten anschließend eine Injektion mit einem reaktiven Zwei-Komponenten-Harz (RTM-Verfahren). In die Kategorie Carbondrive fallen bei BMW nach dem RTM-Verfahren verarbeitete Gelege mit Endlosfasern. Die Ziele hierbei sind optimale Relationen aus Steifigkeiten wie Torsion, Biegung, Quersteifigkeit und Gewicht für hochbeanspruchte und für die Fahrdynamik entscheidende Bauteile wie etwa den Rahmen oder die Räder.

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