Den Antriebsstrang in die Felge verlagern
Das Senseable City Lab des MIT machte 2009 mit dem Copenhagen Wheel das moderne, in sich geschlossene "Smart Wheel"-Konzept bekannt: ein leuchtendes Nabengehäuse mit bürstenlosem Gleichstrommotor, Lithium-Akkuring, Drehmomentsensor und drahtlosem Controller, das ein gewöhnliches Stahlfahrrad in zehn Minuten in ein Pedelec-Hybrid verwandelte.
Fünfzehn Jahre später hat sich dieser architektonische Ansatz in der leichten und mittleren Mobilität verzweigt. Axialfluss- und Außenläufer-Radialflussmotoren von Spezialisten wie Elaphe, Protean Electric und Grin Technologies machen Ketten, Riemen und Kegelräder überflüssig. Da die elektromagnetische Kraft in großem Abstand zur Achse nahe der Felge wirkt, liefern Direktantriebsnaben eine augenblickliche Drehmomentvektorierung im Millisekundenbereich. So kann eine Vierradplattform Schleuderbewegungen zehnmal schneller korrigieren als mechanische Antiblockiersysteme.
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90-Grad-Eckmodule mit Steer-by-Wire
Plattformen wie das e-Corner von Hyundai Mobis und die intelligenten Eckmodule von Schaeffler verbinden den Antrieb im Rad mit elektrischen 90-Grad-Lenkaktuatoren. Dadurch sind Querparken und Drehungen auf der Stelle mit Wenderadius null in engen städtischen Ladezonen möglich.
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Holonome Omni- und Mecanum-Räder
Eingesetzt bei WHILL-Elektrorollstühlen und Lagerschleppern: Segmentierte passive Rollen lassen die Vorderräder seitlich schwenken, ohne dass es zu Lenkrollen-Verwindung kommt. Dadurch verkleinern sich die Wendekreise in Aufzügen deutlich.
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Radinterne Schleifenfederung (Loopwheels)
Starre Metallspeichen werden durch drei tangential angeordnete C-Federn aus Kohlefaserverbund ersetzt. So absorbiert die Radnabe selbst Bordsteinstöße. Das ist besonders wertvoll bei Falträdern und Rollstühlen, wo kein Gabelfederweg untergebracht werden kann.
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Reifen aus Formgedächtnislegierung (NiTi-Gitter)
Von The SMART Tire Company aus Rover-Prototypen des NASA Glenn Research Center adaptiert, verformen sich superelastische Nickel-Titan-Drahtgitter reversibel bis zu 8% Dehnung ohne Luftdruck. Derzeit werden sie in Pilotprojekten für Premium-Fahrräder erprobt.
Der physikalische Preis: ungefederte Masse und G-Belastungen durch Schlaglöcher
Warum packt nicht jedes Personenfahrzeug oder Lastenrad seine gesamte Batterie und den Wechselrichter ins Rad? Die Antwort ist das zweite newtonsche Gesetz, angewendet unterhalb der Federung. Alles, was im Rad verbaut ist, etwa Kupferwicklungen, Neodym-Magnete und Siliziumkarbid-MOSFETs, wird dem ungefederten Straßenstoß ausgesetzt, bevor Stoßdämpfer ihn abfedern können. Beim Überfahren eines scharfen Schlaglochs mit 35 km/h wirken auf die Elektronik in der Radnabe kurzzeitig Beschleunigungen von über 50 g.
Schwere Räder widerstehen außerdem Richtungswechseln in der Vertikalen. Dadurch verliert der Reifen auf Waschbrett-Asphalt kurzzeitig den Kontakt zur Fahrbahn, was die Haftung beeinträchtigt, und dumpfe Schläge gelangen in den Innenraum. Erfolgreiche Smart-Wheel-Konstruktionen begegnen diesem Zielkonflikt auf zwei Wegen: Entweder sie fahren unterhalb von 25 km/h, wo die kinetische Stoßbelastung moderat bleibt, etwa bei E-Scootern, Lastenrädern und Lieferkarren, oder sie verlagern den Akku aus der rotierenden Nabe in das gefederte Deck und verwenden leichte Axialfluss-Statoren, die nach IP67/IP69K gegen salzigen Winterschneematsch abgedichtet sind.
"Kugelförmige Magnetschwebe-Reifen werden es Fahrzeugen erlauben, sich bei Autobahngeschwindigkeit um 360 Grad zu drehen."
Virale Konzeptgrafiken wie der Goodyear Eagle-360 zeigen freie Gummikugeln, die ausschließlich durch Magnetschwebetechnik unter den Kotflügeln des Fahrwerks gehalten werden.
Eine magnetische Schwebefederung mit Luftspalt versagt bei den Scherlasten einer Notbremsung.
Einen elektromagnetischen Luftspalt aufrechtzuerhalten, der einer Notbremsung mit 1 g oder einem Schlag durch ein Schlagloch standhält, erfordert enorme, dauerhafte Spulenströme und Kryokühlung. Gleichzeitig wirkt Straßenschmutz, der zwischen Kugel und Magnetgehäuse eingeschlossen ist, wie industrielles Schleifpapier.