Composites Günstiger zu Speichenrädern aus Faserverbund-Werkstoffen

Redakteur: Peter Königsreuther

Bauteile aus Faserverbundkunststoff (FVK) sind leicht und stabil. Das gilt auch für Räder aus diesen Materialien. Deren Fertigung wurde jetzt in Kaiserslautern automatisiert.

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Verbundwerkstoffspezialist Dr. Marcel Bücker vor der laufenden Produktionsanlage, mit deren Hilfe die Fertigung von Speichenrädern aus Verbundwerkstoffen optimiert werden kann. Hier befindet man sich im letzten Schritt, bei dem der Außenring gewickelt wird.
Verbundwerkstoffspezialist Dr. Marcel Bücker vor der laufenden Produktionsanlage, mit deren Hilfe die Fertigung von Speichenrädern aus Verbundwerkstoffen optimiert werden kann. Hier befindet man sich im letzten Schritt, bei dem der Außenring gewickelt wird.
(Bild: Evolime)

Schon in Fresken im alten Ägypten tauchen Speichenräder auf, heißt es im zugehörigen Bericht der Universität Kaiserslautern. Verglichen mit heutigen Typen, ist die Ähnlichkeit verblüffen. Und speziell die Herstellung von Speichenrädern aus Faserverbundwerkstoffen, oder auch Composites genannt, sei bis dato teuer und deshalb für viele Anwendungen unattraktiv geblieben. Mit einem speziellen Verfahren des Start-ups Evolime, eine Ausgründung des Leibniz-Instituts für Verbundwerkstoffe, habe das nun gravierend geändert! Denn damit können individuell zugeschnittene Produkte automatisiert hergestellt werden, heißt es. Für seine Arbeit wurde das Unternehmen übrigens mit dem Preis „Gründer des Jahres“ ausgezeichnet.

Mit 3D-Druck und Nasswickelprozess

Um Speichenräder aus den relativ teuren Compositewerkstoffen, zu bauen, brauchte es vor allem Zeit, weil der Prozess normalerweise mit vielen Arbeitsschritten verbunden ist, von denen viele davon Handarbeit bedeuten. Auch war das Verfahren bisher nicht ideal in Sachen Materialeffizienz.

Der Prozess, den nun Bücker mit seinen Kollegen Dr. Thomas Robbert und Valentin Hörtdörfer am Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe entwickelt hat, löst einige der Probleme. Denn im Vergleich zu herkömmlichen Prozessen könnten die Räder in einem 3-Stufen-Verfahren schneller hergestellt werden. Das Verfahren arbeite außerdem verschnittfrei, was sich in puncto Umweltbilanz auszahle.

Das Prinzip beruht auf dem Nasswickelverfahren, bei dem Verstärkungsfasern automatisiert auf kleine Formteile aufgewickelt und dabei gleichzeitig zu Radstrukturen umgeformt werden. Zunächst stellen die Ingenieure dazu mit einem 3D-Drucker Formen aus biologisch abbaubarem Kunststoff her. Die genaue Geometrie gibt ein Computerprogramm vor. Die Formen kommen danach bei der Produktion der Räder zum Einsatz. Sie werden auf einer rotierenden Werkzeugplatte dazu mit einem Faserband umwickelt. Das läuft dann so lange, bis die gewünschte Dicke für die Speichen erreicht ist, erklärt Bücker. Ist das erledigt, wird das noch biegsame Band zu einem Speichenstern umgeformt, heißt es weiter. Zum Schluss kann bei Bedarf ein weiteres Faserband um die Speichen gewickelt werden, sodass ein komplettes Rad entsteht. Nachdem der Kunststoff ausgehärtet ist, werden die Formteile entfernt. Das Speichenrad ist fertig.

Radsportprofis und Maschinenbau im Leichtbau-Visier

Interessant ist nach Meinung der Experten diese Technik unter anderem für den Maschinenbau. Denn viele Räder, die in dieser Branche zum Einsatz kommen, bestehen aus Kostengründen noch aus Metall. Mit dem neuartigen Herstellprozess könnten Compositeräder in Zukunft einen Teil der herkömmlichen Versionen ersetzen, um Gewicht und damit Energie für die Antriebe einzusparen. Attraktiv könnten aber vor allem Mobilitätsanwendungen sein. Deshalb beginnen die Kaiserslauterer Forscher nun damit, mit ihrer neuen Marke „ONE-K Wheels“ den Fahrradmarkt zu revolutionieren, wie man betont.

Mit der Technologie aus Kaiserslautern sei es nämlich möglich, das Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Premiumstahlspeichen um durchaus 60 Prozent zu reduzieren. Laufräder mit diesen Speichen gehören mit Gewichten unter 1.000 Gramm damit zu den leichtesten Produkten weltweit – entsprechend freuen sich die Gründer bereits jetzt über viel internationalen Zuspruch.

Die Entwicklung bis zur Markreife wurde im Rahmen eines EXIST-Forschungstransfers mit dem Namen Compospoke durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und den Europäischen Sozialfond gefördert, bedanken sich die Forschenden. Darüber hinaus steht ihnen das Gründungsbüro der TU Kaiserslautern und der Hochschule Kaiserslautern beratend zur Seite.

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