Schon in Fresken im alten Ägypten tauchen sie auf: Speichenräder. In ihrer grundlegenden Form haben sie sich nicht verändert. Sie finden sich bei Fahrrädern, Autos und in der Industrie. Im Sport sind Speichenräder aus leichtem Faser-Kunststoff-Verbund verbreitet. Bislang war die Herstellung mit hohen Kosten verbunden und so für viele Anwendungen unattraktiv. Anders sieht es bei einem neuen Verfahren von Kaiserslauterer Forschern aus: Damit ist eine auf Kundenwünsche zugeschnittene Produktion automatisiert möglich. Die Kaiserslauterer Forscher vermarkten ihre Technologie im neu gegründeten Start-Up Evolime GmbH.
Um Speichenräder aus Faser-Kunststoff-Verbund, kurz FKV, zu bauen, braucht es viel Zeit. „Der Prozess ist mit zahlreichen Arbeitsschritten verbunden, auch ist viel davon nur in Handarbeit machbar“, sagt Dr. Marcel Bücker, der sich schon lange mit Faser-Kunststoff-Verbunden befasst. „Darüber hinaus muss hierbei viel von dem teuren Material verwendet werden, da ein großer Anteil an Verschnitt anfällt“, so Bücker weiter.
Ganz anders sieht es jedoch bei dem Verfahren aus, das Bücker mit seinen Kollegen Dr. Thomas Robbert, Valentin Hörtdörfer und Frank Belyea am Institut für Verbundwerkstoffe an der Technischen Universität Kaiserslautern entwickelt hat. „Im Vergleich zu herkömmlichen Prozessen können wir die Räder mit unserem dreistufigen Verfahren wesentlich effizienter herstellen“, erläutert Betriebswirt Robbert. Das Verfahren arbeite außerdem verschnittfrei und habe daher eine sehr gute Umweltbilanz.
„Im Kern handelt es sich um ein sogenanntes Nasswickelverfahren, bei dem Fasern automatisiert auf kleine Formteile aufgewickelt und dabei gleichzeitig zu Radstrukturen umgeformt werden“, erklärt Bücker. Zunächst stellen die Ingenieure dazu mit einem 3D-Drucker Formen aus ökologisch abbaubarem Kunststoff her. Die genaue Form gibt dabei ein Computerprogramm vor. Sie kommen im Anschluss bei der Produktion der Räder zum Einsatz und werden auf einer rotierenden Werkzeugplatte mit einem Faserband umwickelt. „Das geht so lange, bis die gewünschte Dicke für die Speichen erreicht ist. Anschließend wird das noch weiche Band zu Speichen umgeformt“, fährt Bücker fort. In einem letzten Schritt wird ein weiteres Faserband um die Speichen gewickelt, sodass ein komplettes Rad entsteht. Nachdem der Kunststoff ausgehärtet ist, werden die Formteile entfernt. Das Speichenrad ist fertig.
Das Besondere: Je nach Kundenwünschen kann zum Beispiel die Größe des Rads oder die Anzahl der Speichen beliebig angepasst werden. In vielen Fällen kann dies mit einer eigens entwickelten Software „per Knopfdruck“ erfolgen. So lassen sich sehr schnell individuelle Lösungen für Kunden realisieren. Die starke digitale Integration ermöglicht dem Start-Up sehr kurze Lieferzeiten für verschiedenste Bauteile.
Die Vorteile eröffnen den Zugang zu Branchen, für die ein niedriges Gewicht bei hoher Performance entscheidend ist. Anwendungen liegen im Maschinen- und Anlagenbau, wie beispielsweise bei Hochleistungsschleifscheiben oder Zahnrädern für Windkraftgetriebe. Zudem bieten Mobilitätsanwendungen wie Fahrradlaufräder oder Automobilfelgen gute Einsatzmöglichkeiten.
Die Kaiserslauterer Forscher vermarkten ihre Idee in ihrem neu gegründeten Start-Up Evolime GmbH. Die Entwicklung bis zur Markreife wird im Rahmen eines EXIST-Forschungstransfers mit dem Namen CompoSpoke durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und den Europäischen Sozialfond gefördert. Darüber hinaus steht ihnen das Gründungsbüro der TU Kaiserslautern und der Hochschule Kaiserslautern beratend zur Seite.
