Mikromobilität neu gedacht

mocci und Steinbeis gestalten die E-Mobilität mit – digital und nachhaltig

In unseren pulsierenden Metropolen wird die Frage nach einer lebenswerteren Zukunft immer dringlicher. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Mobilitätsfragen: Nutzerorientiert, nachhaltig, aber erschwinglich muss die Mobilität der Zukunft sein, und das sind nur einige der Anforderungen, die erfüllt werden sollen. Die CIP Mobility GmbH nahm die Herausforderung an und entwickelte mit dem mocci Arbeits- und Lastenrad ein ideales „Smart Pedal Vehicle“ (SPV) für Unternehmen, die effizient, reibungslos und nachhaltig im urbanen Raum agieren wollen. Unterstützung bekam das Unternehmen vom Steinbeis-Forschungszentrum und -Innovationszentrum Automation in Leichtbauprozessen. Damit leisten die Projektpartner einen wichtigen Beitrag zur Gestaltung von lebenswerteren Städten.

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Die für den gewerblichen Gebrauch optimierten E-Bikes von mocci ermöglichen betriebliche Mobilität auf einem völlig neuen Niveau und eignen sich gut für jegliche Einsatzszenarien der Letzten-Meile-Logistik. Das digitale Antriebssystem treibt über Pedale einen Generator an, der Energie für den Elektromotor im Hinterrad erzeugt – ohne auf Kette oder Riemen angewiesen zu sein. Unterstützung erfolgt durch eine austauschbare Batterie. Als Bindeglied zwischen Hard- und Software ist der wartungsfreie, digitale Antrieb eine Kerninnovation für den Dauerbetrieb. Des Weiteren setzt mocci auf recyclebaren, robusten Kunststoff statt auf Stahl oder Aluminium, wodurch zum Beispiel Räder und Rahmen aus nur einem Bauteil bestehen. Anfällige Komponenten wie konventionelle Speichen werden nicht verbaut. Das Gesamtprodukt entsteht mithilfe des Spritzgussverfahrens, das hohe Qualität in großen Stückzahlen gewährleistet.

Um den hohen Produktanforderungen gerecht zu werden, hat mocci unter anderem mit dem Steinbeis-Forschungszentrum Automation in Leichtbauprozessen (ALP) und der TU Chemnitz erfahrene Entwicklungspartner gewonnen. Deren Kompetenz im Bereich hochleistungsfähiger Materialien und messbarer Produktionsmethoden trug entscheidend zur Realisierung des Fahrzeugs bei. Langjährige Erfahrungen aus der Produktionsmethodik von Automobil- und Bahnindustrie werden damit auf die Mikromobilität übertragen. Die Steinbeis-Experten haben die Themenbereiche Konstruktion, Berechnung und Auslegung der Ergebnisse auch in Zusammenarbeit mit der TU Chemnitz bearbeitet. Dabei wurden unter anderem die Strukturbauteile Rahmen, Gabel und Laufräder konstruktiv entwickelt und mittels FEM- und Mold-Flow-Simulation rechnerisch validiert.

Langlebigkeit plus verbesserte Recyclingfähigkeit gleich Nachhaltigkeit

Ein entscheidender Beitrag zu nachhaltiger Mobilität wird dadurch erreicht, dass mocci Umweltschutz und bewusste Ressourcenverwendung auch in allen weiteren Kernprozessen priorisiert. Die SPV tragen somit nicht erst während der Nutzung zur erheblichen Reduzierung von CO2-Emissionen bei, sondern bereits zu Beginn des Produktlebenszyklus. Waren es früher rund 2.000 Teile, aus denen bislang ein Fahrrad zusammengesetzt wurde, besteht beispielsweise die Felge samt Speichen nur noch aus einem Teil und wird zukünftig dank integrierter Sensoren und Aktoren eine noch höhere Funktionalität aufweisen. Nicht nur die Produktion ist durch kürzere Montagezeiten und eine geringere Störanfälligkeit ressourcenschonender, auch die Verwendung von recyclebarem Hochleistungskunststoff reduziert CO2-Emissionen erheblich: So sparen Hauptstrukturteile wie der Rahmen der SPV in der Herstellung etwa 68 % CO2-Emission im Vergleich zum herkömmlichen Aluminiumrahmen. Zudem wird durch bewusste Verarbeitungsprozesse sichergestellt, dass eine Recyclingquote von 95 % erreicht wird.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, Bauteile nur dann auszutauschen, wenn es notwendig ist. Gleichzeitig muss im Sinne der Sicherheit gewährleistet sein, dass der Austausch nicht zu spät erfolgt. Insofern ist der richtige Zeitpunkt für diese Entscheidung Dreh- und Angelpunkt einer effizienten und nachhaltigen Strategie.

SmartSTRAT: Auf Sensoren kommt es an

Unterstützung bekommen die mocci-Rad-Entwickler auch im Rahmen des Forschungsprojektes SmartSTRAT: Sein Ziel besteht darin, dass Bauteile, aus denen Mikromobile wie die von mocci zusammengesetzt sind, erst dann Alarm schlagen, wenn Überlastung oder Schädigungen drohen, sodass die Lebensdauer der Produkte verlängert wird. SmartSTRAT ist ein Projekt des Technologiebündnisses SmartERZ und soll nun am Beispiel einer Rahmenstruktur für leichte Elektrofahrzeuge gemeinsam mit den Projektpartnern Mogatec GmbH, der Hugo Stiehl GmbH Kunststoffverarbeitung und dem Steinbeis-Innovationszentrum Automation in Leichtbauprozessen (ALP) bis Mitte 2024 umgesetzt werden.

Ein Schwerpunkt liegt in der Entwicklung von Konzepten einer ganzheitlichen Sensorüberwachung sowie deren Auswertung und darauf basierendem Nutzerfeedback als Gesamtprozess. Neben Fragestellungen zur Überwachung von Betriebsparametern und Funktionalität werden grundlegende Auswirkungen wie Wartungsintervalle, Antriebsparameter, Betriebshinweise an den Bediener und dergleichen in den Fokus der Forschung gerückt. Basierend auf den Sensorikkonzepten werden in Abhängigkeit von entsprechend möglichen Fertigungstechnologien Lösungen zur Integration der Sensoren in die Komponenten erarbeitet, beispielsweise in Form von Einlegern zur Strukturüberwachung von Spritzgussbauteilen oder in den Lagenaufbau aus vorimprägnierten Halbzeugen mit vorinstallierten Sensoren.

Weiterführend wird im Projekt ein Gesamtkonzept zur Fertigung und Montage entwickelt. Hierbei kommen Besonderheiten von Faserverbundkunststoffteilen zum Tragen, bei denen technologie-spezifische Fügeverfahren konzeptionell geplant und realisiert werden mussten. Die Herausforderung besteht hierbei im Wesentlichen in der wartungsfreundlichen Umsetzung von Fügeverfahren, die den Austausch von Teilkomponenten zulässt. Von besonderer Bedeutung sind auch montagespezifische Lösungen zur Vernetzung der Sensoren mit einer entsprechenden Bordelektronik. Ebenso sind Aspekte der Prozessautomatisierung und Handhabung von Komponenten zu betrachten.

Ein damit verbundener modular aufgebauter Prüfstand weist unkompliziert Betriebs- und Überlasten nach, sodass effektiv Fehler an den Strukturkomponenten erkannt und von den integrierten Sensoren gemeldet werden können. Anhand eines entsprechenden Demonstrators in Form des Steuerkopfes des „Smart Pedal Vehicles“ von mocci soll der Nachweis der Funktionsfähigkeit erbracht werden.

Im Sommer 2024 gehen die Smart Pedal Vehicle von mocci in die Serienfertigung und werden die Mobilität weiter verändern. Die Ergebnisse und Erkenntnisse aus SmartSTRAT und den dazugehörenden Projekten werden in den Folgejahren technisch-technologische Verbesserungen bewirken.

SmartERZ

SmartERZ ist ein Netzwerk von aktuell über 180 Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft. Ziel des Bündnisses ist die Initiierung eines innovationsgetriebenen Strukturwandels in der Wirtschaftsregion Erzgebirge. Der Fokus liegt dabei auf der Funktionalisierung von innovativen Werkstoffverbunden (Composites). Das enorme Innovations- und Wachstumspotenzial derartiger Materialien nutzt die Region Erzgebirge zur Transformation zum Hightech-Standort. Hauptinitiatoren von SmartERZ sind die Wirtschaftsförderung Erzgebirge GmbH als Bündniskoordinator und die TU Chemnitz. Das Bündnis wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programmes „WIR! – Wandel durch Innovation in der Region“ gefördert.

Mehr Informationen finden Sie unter www.smarterz.de