Dreh-Momente am Dienstag: Die Fahrradrahmen-Produktion der Zukunft

Dreh-Momente am Dienstag: Die Fahrradrahmen-Produktion der Zukunft

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Wie werden Fahrradrahmen aus Carbon in Zukunft produziert? Hoffentlich mit geringerem Energieaufwand und besser recycelbar als heute.

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Dreh-Momente am Dienstag: Die Fahrradrahmen-Produktion der Zukunft
 
Vielleicht steigt ja Magura in die Rahmenproduktion ein - Erfahrungen mit Spritzguss und Fasern haben die doch.
Gutes Beispiel für eine weitere Unsicherheit in dieser Fertigungsmethode: Die Kundenakzeptanz.

Es hat ja doch eine ganze Weile gedauert, bis es eine breite Akzeptanz für die Carbotecture-Hebel gab. Und noch immer sind viele dem gegenüber sehr skeptisch eingestellt.

Selbiges bei der gefühlten Stabilität von Carbonrahmen.
 
Insofern sehe ich bei 3D-gedruckten Teilen schon ein größeres Potenzial.
Wir werden sehen, aber momentan glaube ich nicht dran. Die Technik hat einfach inhärente Nachteile, genau so wie sie manche Vorteile hat. Wer schnell eine Teileserie >10k Stück haben will (selbst wesentlich kleiner), wird das nur drucken wenn die Geometrie es verlangt oder massiv Kleinteile zur Montage einspart.

Genauso bei Spritzgussverfahren. Ohne Faserverstärkung ist das ja seit zig Jahren etabliert. Nur mit Faserverstärkung ist das noch nicht so weit.
Gibt es doch schon lang. Siehe die GF-verstärkten Kolben von Shimano oder Carbotecture von Magura, das lediglich CF-verstärktes PA ist, nur um mal im MTB-Bereich zu bleiben. Das ist kein Novum. In der Industrie sind Unmengen an Abdeckungen, Gehäusen und sonstige funktionale Bauteile aus kurzfaserverstärkten Kunststoffen. Woran es hapert, ist die tiefgreifende Beherrschung der Verfahren bei großen Bauteilen, da die Fasern das ganze anisotropisch werden lassen und die Berechnungen/Simulationen zur Vorhersage der Materialparameter nicht trivial sind. Sehr viele Plastehersteller verlassen sich zum Großteil auf Erfahrung, wenn es um Details geht.
 
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Wirklich nachhaltig ist, was möglichst lange genutzt wird.

Dabei ist Haltbarkeit (derzeit) nicht das ausschlaggebende Kriterium, sondern die Neigung der großen Herde, mit der Mode zu gehen...

Egal ob Alu, Carbon oder Stahl - benutzt eure bikes* möglichst lange

* ersatzweise: Autos, Klamotten, Fernseher
 
Es hat ja doch eine ganze Weile gedauert, bis es eine breite Akzeptanz für die Carbotecture-Hebel gab. Und noch immer sind viele dem gegenüber sehr skeptisch eingestellt.
Imho gibt es da bis heute keine breite Akzeptanz, sonst würde es ja keine gefühlten 50 verschiedene Nachrüsthebel dafür geben.

Zeigt aber meiner Meinung nach ganz gut, dass bei der Wahl eines bestimmten Fertigungsverfahrens der Hersteller die sich daraus für ihn ergebenden monetären Vorteile zum Teil an den Kunden weitergeben sollte, da sich dieser sonst innerhalb kürzester Zeit übervorteilt vorkommt.

Konkret sehe ich beim gezeigten spritzgegossenen Rahmen keine nennenswerten Preisvorteile für den Endkunden. Bleibt also das Marketinggeblubber mit angeblichen 100% Recyclebarkeit und der Fertigung in Deutschland.
 
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Hm könnte man diese faserverstärkten Guss-Rahmen nicht teileweise mit Schmiedeteilen oder auch Rohren (Aluminium oder Carbon) verstärken und kombinieren? So hätte man die Vorteile beider Herstellungsarten beibehalten. Die Gussteile sind dann sowas wie Muffen bzw in den großen Rahmenteilen eben zusätzlich verstärkt.
Wären Stahlrahmen nicht auch sehr nachhaltig? Sie sind ja sehr beliebt, aber selbst aufwendigere Produkte wie das Moxie oder Shaun N5 bedienen eher die Freunde klassischer Stahl-Optik. Mit Hydroforming und aufwendigeren Schmiedeteilen könnte man doch vermutlich „bessere“ Bikes bauen. Was sagen die Insider: Wäre der ökologische Vorteil zu Aluminium nicht relevant?
 
Fräsen ist bei großer Stückzahl dennoch wesentlich schneller als das Drucken, denn es lässt sich besser skalieren. Der Druckvorgang und das ganze Brimborium drumherum verschlingt eine Menge Zeit und Mannstunden, das Material ist teuer und es ist ein nicht vernachlässigbares Maß an Postprocessing notwendig.

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Quelle des Diagramms?
 
Wären Stahlrahmen nicht auch sehr nachhaltig? Sie sind ja sehr beliebt, aber selbst aufwendigere Produkte wie das Moxie oder Shaun N5 bedienen eher die Freunde klassischer Stahl-Optik. Mit Hydroforming und aufwendigeren Schmiedeteilen könnte man doch vermutlich „bessere“ Bikes bauen. Was sagen die Insider: Wäre der ökologische Vorteil zu Aluminium nicht relevant?
Bei Stahl ist Wasser wegen der notwendigen sehr hohen Drücke für die Umformung nicht geeignet. Da muss man Öl nehmen.
Einziger Hersteller den ich kenne, der das bis vor kurzem genutzt hat, ist Bridgestone. Das wurde als Neocot bezeichnet.
 
Hm könnte man diese faserverstärkten Guss-Rahmen nicht teileweise mit Schmiedeteilen oder auch Rohren (Aluminium oder Carbon) verstärken und kombinieren? So hätte man die Vorteile beider Herstellungsarten beibehalten. Die Gussteile sind dann sowas wie Muffen bzw in den großen Rahmenteilen eben zusätzlich verstärkt.
So haben Carbonrahmen angefangen (iirc) und Atherton Bikes baut das so (Titanmuffen aus dem Drucker, Carbonrohre, Geometrie anpassbar bzw nur Custom - Nischenmarkt). Glaube die Akzeptanz am Markt wird schwierig, da viele Nutzer beim Wort "verklebt" noch Zucken, obwohl unter anderem Flugzeuge und Autos schon seit mehreren Jahren in vielen Bereichen zuverlässig geklebt werden.
 
Hm könnte man diese faserverstärkten Guss-Rahmen nicht teileweise mit Schmiedeteilen oder auch Rohren (Aluminium oder Carbon) verstärken und kombinieren? So hätte man die Vorteile beider Herstellungsarten beibehalten. Die Gussteile sind dann sowas wie Muffen bzw in den großen Rahmenteilen eben zusätzlich verstärkt.
Ja, aber dann steigen die Kosten wieder an und der Materialmix macht die Entsorgung schwer. Die paar möglicherweise eingespart Gramm sind bei einem E-Mofa sowieso egal…
Wären Stahlrahmen nicht auch sehr nachhaltig? Sie sind ja sehr beliebt, aber selbst aufwendigere Produkte wie das Moxie oder Shaun N5 bedienen eher die Freunde klassischer Stahl-Optik. Mit Hydroforming und aufwendigeren Schmiedeteilen könnte man doch vermutlich „bessere“ Bikes bauen. Was sagen die Insider: Wäre der ökologische Vorteil zu Aluminium nicht relevant?
Klar, Stahl wäre super, wenn ein Rad nicht sehr leicht, sehr groß, oder sehr steif sein muss. Dann ist man aber wieder auf dünne Rohre angewiesen, in die sich Batterie und Motor schlecht integrieren lassen…
 
könnte man diese faserverstärkten Guss-Rahmen nicht teileweise mit Schmiedeteilen oder auch Rohren (Aluminium oder Carbon) verstärken und kombinieren?
Kombinieren geht, siehe Atherton Bikes. Verstärken endet schnell im Fiasko, wenn die Materialeigenschaften zu unterschiedlich sind.

Das war im Flugzeugmodellbau ein Thema, als die ersten Kohlefaserrovings erhältlich waren. Da wurden Holme, die aus Holz (Kiefer) waren, mit Kohlefasern "verstärkt". Die Rechnung dahinter war, ich nehme 2/3 von der benötigten Holzfestigkeit, kombiniere das mit 2/3 der benötigten Festigkeit der Kohlefasern und erhalte einen Holm, der 1,5 Mal (2/3 + 2/3) fester ist als der ursprüngliche hölzerne Holm. Holz ist aber sehr elastisch (hohe Bruchdehnung), Kohlefaser eben nicht. Die Folge war, dass praktisch die gesamte Last auf den Kohlefasern war, weil die nicht nachgegeben haben. Die sind dann abgerissen (weil nur 2/3 von der benötigten Festigkeit), wonach der hölzerne Rest (auch nur 2/3 der benötigten Festigkeit) ebenfalls überlastet war und gerissen ist. Hat einige Zeit gedauert, bis der Mechanismus bei allen angekommen ist.
 
[...]

Klar, Stahl wäre super, wenn ein Rad nicht sehr leicht, sehr groß, oder sehr steif sein muss. Dann ist man aber wieder auf dünne Rohre angewiesen, in die sich Batterie und Motor schlecht integrieren lassen…
Wenn es das richtig verstanden habe geht es um hochautomatisierte Massenproduktion, wo das Gewicht eher nachrangig ist.

Wenn man den Stahlrahmen als selbsttragende Dünnblech Karosserie betrachten würden, könnte der auch gestanzt, gepreßt tieffgezogen etc. werden und die Hälften anschließend verklebt/verschweißt werden. Im Automobilbau gibt es da jede Menge Know-How. Bevor da eine Zig-Tonnen Hochdruckspritzmaschine läuft kann da auch ne große Schüler oder Komatsu aus dem Presswerk rumpeln. Der dazu nötige Spezialstahl wird bei mir umme Ecke jeden Tag zig Kilometer auf Rolle gewickelt...;-)

M.
 
Wenn man den Stahlrahmen als selbsttragende Dünnblech Karosserie betrachten würden, könnte der auch gestanzt, gepreßt tieffgezogen etc. werden und die Hälften anschließend verklebt/verschweißt werden
Hat Intense nicht genau das in Alu lange gemacht? Deswegen gabs ja diese tausendfüßlerartigen Schweißraupen auf deren Buckeln, oder vertüddeltu ich mir da? 🧐
 
Ein spannendes Video, vielen Dank dafür. Sicherlich keine Spritzgussmaschine, die man an jeder Ecke findet und defintiv auch kein Werkzeug, was man mal so eben beim Formenbauer seines Vertrauens in Auftrag geben kann. Allein diese Form mit Material voll zu bekommen, erfodert schon einiges an Erfahrung und Thermo-/ Fluidsimulation, um da einen einigermaßen stabilen Prozess zu bekommen.

Aber nichtsdestotrotz: Wenn der Rahmen spritzgussgerecht konstruiert wurde und auf die Belastungssituation vom Fahrradrahmen Rücksicht genommen wurde, warum nicht? Wenn es nicht auf das letzte Gramm Gewicht ankommt, wenn nicht die Anforderungen eine DH-WC oder einer TdF-Etappe anstehen und wenn der Invest sich über die Stückzahl rechnet, könnte ich mir das schon vorstellen. Langzeitstabilität vorausgesetzt, aber 30 Jahre klingt schon mal nach einer Ansage. Das PA müsste durch Gebrauchsdditive und/oder Modifikatoren noch entsprechend auf den Einsatzzweck getrimmt werden (Festigkeit bei Kälte, Kriechverhalten, Wasseraufnahme, Resistenz gegen Öl, etc.), aber da gibt es ja schon genug Beispiele, wo das funktioniert. Und receyclefähiger Thermoplast noch obendrein. Ich find´s spannend!

Da das Thema Additive Fertigung immer mal wieder aufkommt, just my 2 cents dazu:

Meiner Meinung nach hat die 3D-Druckindustrie hier über die Jahre viel Erwartungshaltung geschürt, mit der es aufzuräumen gilt, insbesondere was die Additive Manufacturing im Metallbereich angeht. Generell begegnet mir im beruflichen Alltag oft die Erwartungshaltung "schnell, günstig und einfach", wenn das Thema auf AM kommt. Das sieht in der Realität leider etwas anders aus. @Guts und @Stompy haben es in ihren Beiträgen schon thematisiert.

Beispiel Pulverbasiertes Laserstrahlschmelzen:

Das Bauteil kann nicht einfach im Pulver aufgebaut werden, sondern benötigt aufgrund der Wärmeableitung immer Stützstrukturen zur Bauplattform, da die Wärmeableitung durch das Pulver zu schlecht ist. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass diese Bauteile immer einen nicht zu vernachlassigenden Nachbearbeitungsaufwand haben, der sich entsprechend in der Kostenstruktur niederschlägt. Man muss sich das mal bewusst machen: Auf der einen Seite hat man einen High-End-Prozess, mit dem man quasi fast die komplette Freiheit der Gestaltung ausleben kann und muss dann, wenn das Bauteil fertig generiert ist, mit Säge, Hammer, Meißel, Zange und Schleifer an das Bauteil gehen, um es überhaupt von der Plattform zu bekommen und dann noch an den neuralgischen Punkten nachzuarbeiten. Ich packe mal ein Bild von der formnext aus 2019 dazu, wo man den Satz eines Atherton-Bikes auf der Bauplattform sieht. Und auch, was man dort alles wieder manuell entfernen muss....

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Massentauglich sieht (zum jetzigen Zeitpunkt) anders aus, auch wenn es hier bereits Ansätze mit z.B. Multilasersystemn gibt, um die Durchlaufzeiten zu verkürzen.

Atherton nutzt das Verfahren meiner Meinung nach gut: Premium Produkt mit der Möglichkeit der Individualisierung mit dem gewissen Etwas an Technologie, dass als sexy Mehrwert verkauft wird. Sturdy scheint sich auch auf die Knotenpunkte zu konzentrieren, fährt also einen ähnlichen Ansatz von Individualisierung.

Urwahn erschließt sich mir nicht ganz. Die Idee als solche spricht mich erstmal an, der Rahmen selbst wirkt auf mich schlicht unpraktisch. Zuviele proprietäre Ansätze (Lampe, Rücklicht) und ein Design, welches den Dreck des Hinterrades schön aufs Unterrohr schleudert.

AM wird m.M.n. in absehbarer Zeit keine Substitutionstechnolgie, sondern in erster Linie Komplementärtechnologie sein, also Technologie, die keine andere ersetzt, sondern andere ergänzt.

Gruß
tebis
 
Wenns um den Energieaufwand geht ist doch die Frage eher - Wo werden die Rahmen der Zukunft produziert? In relevanten Stückzahlen in Europa - hab da so meine Zweifel.
 
Kombinieren geht, siehe Atherton Bikes. Verstärken endet schnell im Fiasko, wenn die Materialeigenschaften zu unterschiedlich sind.

Das war im Flugzeugmodellbau ein Thema, als die ersten Kohlefaserrovings erhältlich waren. Da wurden Holme, die aus Holz (Kiefer) waren, mit Kohlefasern "verstärkt". Die Rechnung dahinter war, ich nehme 2/3 von der benötigten Holzfestigkeit, kombiniere das mit 2/3 der benötigten Festigkeit der Kohlefasern und erhalte einen Holm, der 1,5 Mal (2/3 + 2/3) fester ist als der ursprüngliche hölzerne Holm. Holz ist aber sehr elastisch (hohe Bruchdehnung), Kohlefaser eben nicht.
Danke für die Erklärung mit praktischem Beispiel. Das Thema wird es sicherlich auch bei Thermoplast + Aluminium oder Carbon geben. Hab ich mir zu einfach vorgestellt. Und als Muffen um z.B. Aluminiumrohre zu fügen, wäre dann wieder die Frage wo noch der Vorteil beim Aufwand und Energieverbrauch in der Summe ist.
👍
 
Wenn es das richtig verstanden habe geht es um hochautomatisierte Massenproduktion, wo das Gewicht eher nachrangig ist.

Wenn man den Stahlrahmen als selbsttragende Dünnblech Karosserie betrachten würden, könnte der auch gestanzt, gepreßt tieffgezogen etc. werden und die Hälften anschließend verklebt/verschweißt werden. Im Automobilbau gibt es da jede Menge Know-How. Bevor da eine Zig-Tonnen Hochdruckspritzmaschine läuft kann da auch ne große Schüler oder Komatsu aus dem Presswerk rumpeln. Der dazu nötige Spezialstahl wird bei mir umme Ecke jeden Tag zig Kilometer auf Rolle gewickelt...;-)

M.
Wurde doch schon gemacht. Sie dir mal das ThyssenKrupp, steelworks hies es glaub ich, an. Das ist aus stahl zusammengeschweisst.

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@Rowdygowdy Das wäre doch der Traum. Ein bisschen teurer, dafür eine nachhaltige lokale Produktion, bewusster Ver-/Kauf und Nutzung, weniger Verschwendung, langsamere Produktzyklen... Aber nö, man muss dem Kapitalismus huldigen :O
Einen großen Teil dieser Entwicklung hat ja der Käufer in der Hand. Er kann zuerst mal seltener als Solcher auftreten. Zudem bietet der Markt schon lokale, oder zumindest geografisch nahe, nachhaltig(er) produzierte Produkte die sich lange warten und reparieren lassen. Ich habe über die Jahre z.B. sukzessiv alle Laufräder an allen Rädern mit Hope Naben eingespeicht. Inzwischen auch ne kleine Sammlung an Endkappen, Klinken, Dichtungen und Freiläufen.
Ehrlicherweise war das eher aus stressvermeidung denn aus ökologischer Sorge, aber so in etwa kann das ja laufen.
Aktuell herrscht aber eher „Ich wills aber mit so‘ner goldenen Gabel und Farbdisplay“ vor 😂
 
Wurde doch schon gemacht. Sie dir mal das ThyssenKrupp, steelworks hies es glaub ich, an. Das ist aus stahl zusammengeschweisst.

Anhang anzeigen 1452418

Alles Beispiele für einen schönen Technologieübertrag aus anderen Branchen. Für die Betriebslasten eines Fahrrads könnte man sehr dünnes Stahlblech verwenden. Nur den ganzen normalen Alltag/leichten Misuse (z.B. aufs Oberrohr sitzen, Steinschlag) hält der Rahmen dann wegen der Dell- und Knickempfindlichkeit nicht mehr aus.
 
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