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Donnerstag, 13. Juli 2017, Ausgabe Nr. 28

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Start-up

Seile in die Speichen

Von Matilda Jordanova-Duda | 22. September 2016 | Ausgabe 38

Pirope, ein Team der TU Chemnitz, will Laufräder leichter und stabiler machen. Speichen sollen aus Fasermaterialien bestehen.

BU Porträt 38
Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme

Faserig: Ingo Berbig (l.) und Dirk Fischer bereiten eine Flechtmaschine für die Speichenproduktion vor.

Ingo Berbig trainiert eine Jugendgruppe beim Radsportverein Chemnitz. Gleichzeitig forscht er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Fördertechnik an der TU Chemnitz über die Verwendung von textilen Seilen im Maschinenbau. „Man kann dadurch Bauraum, Gewicht und Gelenke einsparen“, sagt Berbig. Da lag es nahe, Hobby und Beruf zu verbinden. Mit drei weiteren Nachwuchsforschern will er die Stahl- oder Aluminiumspeichen von Fahrrädern durch Seile aus Hochleistungsfasern ersetzen. Mit einem Exist-Stipendium bereiten die vier jetzt eine Ausgründung vor.

Pirope

Weil Speichen ausschließlich auf Zug belastet werden, ist es möglich, das Metall durch Textil zu ersetzen. Und das bringe nicht nur Leichtigkeit, sondern auch mehr Flexibilität bei der Ausgestaltung des Radverhaltens, verspricht das Spin-off der TU Chemnitz. Für ihren Prototyp nehmen die Gründer Vectran, eine synthetische Hochleistungsfaser, der Spinnenseide ähnlich. Wie das natürliche Vorbild ist das flüssigkristalline Polymer extrem reißfest bei sehr geringem Gewicht. Die Faser dehnt sich kaum und nutzt sich wenig ab, ist chemisch stabil, gilt als schnitt- und bruchsicher: Wegen dieser Eigenschaften wird sie heute in Seilen und Kabeln oder als Pannenschutzeinlage in Fahrradreifen genutzt.

Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme

Am Zentrierständer: Daniela Storch prüft den Rundlauf eines Rades mit textilen Fahrradspeichen.

Die Ingenieure kaufen Vectran-Garn ein und flechten es zu Seilen, wie sie auch im Maschinenbau verwendet werden. Nur ist der Speichenquerschnitt kleiner: Derzeit sind es nicht einmal 2 mm. Eine Polyurethan- oder eine andere Polymerummantelung soll vor Schmutz, UV-Strahlung und Steinschlag schützen. Allein auf Vectran will sich das Team nicht festlegen. Infrage kämen auch andere Hochleistungsfasern, in weiterer Ferne sogar Naturfasern, erklärt Ingo Berbig. Diese hätten zwar nicht die gleiche Leistung, aber man könne ein sehr ökologisches Laufrad herstellen. „Wir finden für jeden Kundenwunsch das geeignete Material“, sagt er.

Im Vergleich zu den üblichen Speichen aus Stahl verspricht der Chemnitzer Ingenieur mindestens 50 % weniger Gewicht. Bei 28 bis 32 Speichen seien das 140 g bis 160 g weniger. Macht pro Fahrrad rund 300 g. Damit ist Vectran in etwa so leicht wie Carbon, das bei Premiumherstellern zum Einsatz kommt. „Bei Wettkämpfen muss ich mein 8 kg bis 9 kg schweres Rad mitunter über unwegsame Strecken bewegen, da ist bereits eine Gewichtsreduzierung von wenigen 100 g willkommen“, sagt seine Kollegin Daniela Storch, die ihren Abschluss in Sportgerätetechnik gemacht hat. Als Mountainbikerin nimmt sie an internationalen Wettbewerben teil.

Im Uni-Labor haben die dünnen Seile schon die ersten Tests bestanden: unter anderem eine Ausdauerprüfung, die 100 000 km Fahrt entspricht. Dabei wurde das Auftreffen auf Hindernisse simuliert. Beim Sprung eines Mountainbikers etwa lastet gut eine halbe Tonne Gewicht auf den Laufrädern. Laut Berbig halten die Vectran-Speichen Krafteinwirkungen von knapp 5000 N stand. Stahlspeichen würden schon bei etwas mehr als 2000 N brechen.

Nun sind die Chemnitzer nicht die Ersten, die auf die Idee kamen, Hochleistungsfasern für Fahrradspeichen zu verwenden. Die amerikanische Firma Spinergy hat sie vor einigen Jahren auf den Markt gebracht. „Wir haben die Produkte verglichen. Dadurch, dass wir die Seile selber flechten, versprechen wir uns eine bessere Homogenität, mehr Flexibilität bei der Produktion und den gewünschten Parametern und einen niedrigeren Preis“, so Berbig. Zudem spiele die der Speichenanordnung eine Rolle.

Die spezielle Aufhängung stammt wiederum aus dem Fachbereich Fördertechnik, der erforscht, wie die textilen Bauteile am besten mit den metallischen zu verbinden sind. Beim Rad führen die Ingenieure eine Doppelspeiche von der Felge über einen kleinen Zylinder an der Nabe zurück zu einem weiteren Punkt an der Felge (Rim-to-Rim-System). „Durch das Umschlingen des Haltebolzens werden die Zugkräfte eines Speichenstranges abgebaut. Die Fixierung an der Nabe entkoppelt die Doppelspeiche. Man kann jede Hälfte separat betrachten, das ist wichtig für die Zentrierung“, erklärt Berbig. Die Zylinder sind sehr klein. Die Nabe hat ein hohes Leichtbaupotenzial, weil durch das Rim-to-Rim-System möglichst viel Kraft in den Speichen verbleibt. Das Gesamtkonzept aus Speichenkörper und -aufhängung haben die Chemnitzer zum Patent angemeldet.

Der Prototyp ihres Laufrads ist seit Mitte September bei der Sonderausstellung „Das Fahrrad“ des Industriemuseums Chemnitz zu sehen. Gezeigt wurde er auch auf der internationalen Messe Eurobike Anfang des Monats. „Wir haben viele potenzielle Partner und Anwender kennengelernt“, freut sich Berbig. Mit der Markteinführung rechnet er gegen Ende 2017. Erst einmal sollen weitere Tests auf dem Dauerprüfstand und im Gelände folgen. Einen Businessplan müssen die Gründer noch stricken, deshalb gehört die Wirtschaftswissenschaftlerin Stephanie Mager zum Team. Starthilfe geben auch die Professur Fördertechnik der TU und das Gründernetzwerk Saxeed.

Das Start-up sieht sich künftig als eine Manufaktur und als Anbieter von Laufradsätzen zunächst einmal für gehobene Ansprüche. Durch die größere Belastbarkeit eignen sich die Speichen nicht nur für gewöhnliche Drahtesel, sondern auch für den Sport und für besondere E-Bikes. Der Satz aus Vorder- und Hinterrad soll in hohem Maße personalisiert werden können, indem der Kunde sich auf der Webseite durch einen Fragenkatalog klickt und seine Bedürfnisse und Wünsche eingibt: Mountainbike oder Rennrad, lieber mit mehr Komfort oder mit einer höheren Steifigkeit? Danach soll ein „Laufrad-Konfigurator“ das Passende zusammenstellen.

„Wir können jedem Radfahrer hinsichtlich seines eigenen Nutzungsprofils in puncto Beschleunigung, Dämpfungsverhalten, Gewicht, Design etc. einen passenden Laufradsatz konfigurieren“, versichert Dirk Fischer, der die Verbindungstechnik mitentwickelt hat. Man wird die Felgen, die Speichenanzahl und -kraft, das Material wie auch das Einspeichmuster entsprechend variieren können. Die Gründer glauben, im Preis durchaus mit den etablierten Premiumherstellern konkurrieren zu können. Einen Namen für die Firma gibt es auch schon: Pirope. Pi steht für die Kreiszahl und „rope“ für Seil auf Englisch. sta/har

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