Batteriegehäuse aus Konstruktionskunststoff: die leichte und leistungsfähige Lösung für E-Bikes

In den letzten 15 Jahren hat sich das Straßenbild weltweit stark verändert. Elektrofahrräder sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken – ob in der Stadt, auf dem Land oder in den Bergen. Steht beim E-Lastenrad der Nutzen als zuverlässiges und umweltfreundliches Fortbewegungsmittel im Vordergrund, so ist es beim E-Mountainbike, kurz e-MTB, der Spaßfaktor.
Die Zielgruppe der Elektro-Bike-Nutzer wird immer größer und heterogener: Dank des Antriebs sind es nicht mehr nur die durchtrainierten Sportler, die auf vollgefederten E-Mountainbikes bergauf fahren. Auch das Alter reicht von jung bist alt.

Gemeinsam ist vielen Nutzern jedoch das Interesse an einem möglichst geringen Gewicht des E-Bikes. In diesem Zusammenhang kann man sagen: Jedes Gramm zählt. Dadurch gewinnt der Leichtbau immer mehr an Bedeutung und jedes einzelne Bauteil muss gewichtsoptimiert werden.

Der E-Bike Akku als Energiequelle hat eine besondere Bedeutung. So muss sein Schutzgehäuse nicht nur ästhetische Funktionen erfüllen, sondern vor allem Schutz vor Steinschlag und Kratzern bieten und das im Optimalfall bei möglichst geringen Gewicht. Im Folgenden konzentrieren wir uns auf die ins Rahmenrohr integrierte Akkuposition, die bei Mountainbikes mit E-Antrieb Standard ist und sich zunehmend auch in anderen E-Bike Segmenten wie z. B. E-Lastenrädern  durchsetzt.

Bisher wird das Schutzgehäuse für die Akkupacks in der Regel aus Aluminium gefertigt. Im Rahmen der Gewichtseinsparung empfiehlt es sich, den Werkstoff Aluminium durch Kunststoffe zu ersetzen. Die technischen Anforderungen an den leichteren thermoplastischen Werkstoff sind sehr vielfältig. Die Betriebssicherheit des Rahmenakkus ist gleichbedeutend mit der Sicherheit des E-Bike Fahrers. Daher sind eine geringe elektrische Leitfähigkeit, Schlag- und Stoßfestigkeit sowie Flammwidrigkeit von besonderer Bedeutung. Für den Einsatz im Freien muss das Material zudem Hitze- und UV-beständig sein. All diese Anforderungen müssen mit einem geringen Gewicht in Einklang gebracht werden.

Aus dem Kunststoff-Portfolio fiel die Wahl auf ein glasfaserverstärktes Polycarbonat (PC), das die geforderten mechanischen, thermischen und vor allem elektrischen Eigenschaften erfüllt.
Dieser mit 10 % Glasfasern verstärkte amorphe Werkstoff weist eine höhere Festigkeit, Steifigkeit, Kriechfestigkeit sowie eine höhere Dimensionsstabilität als unverstärktes PC auf. Zusammen mit der guten Ermüdungsfestigkeit eignet sich glasfaserverstärktes Polycarbonat für Bauteile, die über lange Zeiträume und bei hohen Temperaturen hohen statischen Belastungen ausgesetzt sind.
Darüber hinaus hat das Material eine hohe Beständigkeit gegen Feuer nach UL94 und eine isolierende Wirkung gegen elektrische Spannung. Polycarbonat (PC) ist ca. 40-50 % leichter als Aluminium. Bezogen auf das Schutzgehäuse bedeutet dies eine deutliche Gewichtseinsparung bei gleichen oder sogar besseren Eigenschaften gegenüber Aluminium.
Zudem kann transparentes PC durch Zugabe von Farbpartikeln kundenspezifisch eingefärbt werden und muss nicht wie Aluminium lackiert werden.

Die Extrusion von Kunststoffprofilen gehört zu den Kernkompetenzen von Ensinger. Seit Jahrzehnten beherrscht und perfektioniert Ensinger dieses Fertigungsverfahren, das mit hohen Stückzahlen, engen Toleranzen und optimalen Oberflächen punkten kann. So können lange Profile mit definierten Geometrien inkl. Hohlkammern hergestellt werden, die genau in die Rahmen der E-Bikes passen. Anwendungsingenieure stehen in jeder Phase des Projekts beratend zur Seite: von der Bemusterung über den Prototypenbau bis hin zur Serienfertigung. Kundenspezifische Gehäuse werden so prozesssicher und in hoher Qualität auf der Basis von mehr als 50 Jahren Kunststoff-Know-how gefertigt.