Besser als Stahlspeichen 02.09.2016, 07:11 Uhr

Dieses Rad hat Speichen aus Textilfasern

Kann man damit wirklich fahren? Mit einem Fahrrad, dessen Speichen aus Textilfasern sind? Ja, man kann. Und die Ingenieure der TU Chemnitz, die diese Leichtgewichte entwickelt haben, wollen die Textilspeichen auch bald auf den Markt bringen. Aber was können die elastischen Schnüre besser als Speichen aus Stahl?

Die textilen Speichen, die Ingenieure an der TU Chemnitz entwickelt haben, sind noch stabiler als Speichen aus Stahl. Sie können etwa die dreifache Belastung aushalten.

Die textilen Speichen, die Ingenieure an der TU Chemnitz entwickelt haben, sind noch stabiler als Speichen aus Stahl. Sie können etwa die dreifache Belastung aushalten.

Foto: Spinergy

Üblicherweise sind Fahrradspeichen aus Stahl und Edelstahl, selten auch aus Aluminium. Das Gewicht variiert natürlich mit der Stärke und Länge der Speiche, liegt aber meist um die 4 bis 6 g pro Stück. Das macht bei einem Rad mit 32 Speichen 128 bis 192 g, das Doppelte kommt bei Rädern zusammen, die mit 64 Speichen ausgestattet sind.

Die textilen Fahrradspeichen, Mountainbikerin Daniela Storch in der Hand hält, sind mehr als 50 Prozent leichter als herkömmliche Speichen aus Stahl.

Die textilen Fahrradspeichen, Mountainbikerin Daniela Storch in der Hand hält, sind mehr als 50 Prozent leichter als herkömmliche Speichen aus Stahl.

Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme

Im Profibereich werden auch Speichen aus Karbon genutzt, die etwa 40 % leichter sind – und natürlich deutlich teurer. Den teuren Karbonspeichen machen jetzt vier junge Ingenieure der TU Chemnitz Konkurrenz. Sie haben Speichen aus synthetischen, hochfesten Hightech-Fasern entwickelt. Sie sollen noch leichter sein als Karbon. „Wir erreichen im Bereich der Speichen eine Gewichtsersparnis von mehr als 50 Prozent“, erklärt Ingo Berbig, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur Fördertechnik an der Fakultät Maschinenbau der TU Chemnitz.

Im Gespräch mit Ingenieur.de schildert Berbig, wie hoch die Gewichtsersparnis ist. Bei einem Laufrad mit 24 Speichen aus Stahl wogen die Doppelspeichen 14 g, die textilen Speichen nur zusammen 4 g. „Bei dem Laufrad mit nur 24 Speichen ergab sich ein Gewichtsvorteil von 120 g. Und den merken Radfahrer, zum Beispiels beim Anfahren und Bremsen im Gelände.“

Farbige Laufräder von Spinergy: Speichen aus Stahl wiegen zwischen 4 und 6 g. Speichen aus Hightechn-Fasern sind nur halb so schwer.

Farbige Laufräder von Spinergy: Speichen aus Stahl wiegen zwischen 4 und 6 g. Speichen aus Hightechn-Fasern sind nur halb so schwer.

Foto: Spinergy

Textile Speichen sind mindestens 50 % leichter

Nun könnte man sich fragen, ob es denn so wichtig ist, wenn das Laufrad eines Fahrrades 100 oder gar 200 g leichter ist? Aber da es sich um bewegte Massen handelt, spielt das sehr wohl eine Rolle, betont auch die junge Ingenieurin Daniela Storch, die zu den vier Entwicklern zählt und privat an Mountainbike-Rennen teilnimmt.

Die angehende Ingenieurin Daniela Storch prüft an einem Zentrierständer den Rundlauf eines Laufrades, in das textile Fahrradspeichen eingesetzt sind. Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme

Die angehende Ingenieurin Daniela Storch prüft an einem Zentrierständer den Rundlauf eines Laufrades, in das textile Fahrradspeichen eingesetzt sind. Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme

Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme

„Bei Wettkämpfen muss ich mein etwa acht bis neun Kilogramm schweres Rad mitunter über unwegsame Strecken bewegen, da ist bereits eine Gewichtsreduzierung von wenigen Hundert Gramm willkommen“, so die international erfolgreiche Sportlerin. „Und auch am Berg zählt bei jedem Hobbysportler und Profi jedes Gramm“, weiß Kollege Berbig, der selbst leidenschaftlicher Radfahrer und Trainer einer Jugendgruppe beim Radsportverein Chemnitz ist.

Fasermaterial ist noch stabiler als Stahl

Aber halten textile Speichen die Belastungen gerade eines Mountainbikes im Gelände aus? Beim Aufprall nach Sprüngen können leicht mehrere Hundert Kilogramm auf die zwei untersten Speichen des Laufrades wirken. Im Labor haben die Speichen bereits eine 100.000-Kilometer-Ausdauerprüfung bestanden. „Rund um die Uhr wurden die dünnen Speichen Belastungen ausgesetzt, die das Auftreffen auf Hindernisse simulieren“, berichtet Berbig.

Ingo Berbig (l.) und Dirk Fischer bereiten an einer Flechtmaschine die Herstellung der textilen Speichen aus Hightech-Fasern vor.

Ingo Berbig (l.) und Dirk Fischer bereiten an einer Flechtmaschine die Herstellung der textilen Speichen aus Hightech-Fasern vor.

Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme

Details wollen die Forscher nicht mitteilen. Allerdings schrieben sie im vergangenen Jahr in einem Zwischenbericht, dass die Speichen aus Synthetikfasern erst bei einer Krafteinwirkung von 5.200 Newton reißen. Stahlspeichen gehen dagegen schon bei 1.000 bis 1.500 Newton zu Bruch. Der Sicherheitsgewinn ist also enorm.

Die textilen Speichen im Labor haben einen Durchmesser von 2,2 mm und bestehen aus einem Fasergeflecht aus hochfestem Polyamid (Technora T200). Um im Alltag eingesetzt zu werden, müssen die Fasern noch ummantelt werden. Dadurch sind sie geschützt vor äußeren Einflüssen wie Schmutz, UV-Strahlen, Nässe und mechanischer Verletzung etwa durch Steinschlag.

Dirk Fischer (l.) und Ingo Berbig von der TU Chemnitz bereiten an einer Prüfmaschine den Zugversuch eines Hightech-Faserseils vor.

Dirk Fischer (l.) und Ingo Berbig von der TU Chemnitz bereiten an einer Prüfmaschine den Zugversuch eines Hightech-Faserseils vor.

Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme

Ingenieure wollen textile Speichen auf den Markt bringen

Aufgrund der hohen Belastungsreserven können die textilen Speichen nicht nur in gewöhnlichen City- und Trekkingbikes eingesetzt werden, sondern auch im Rad- und MTB-Sport und besonderen Belastungen ausgesetzten Elektrofahrrädern. Dabei lassen sich offenbar auch die Kosten im Griff behalten, meint die Wirtschaftswissenschaftlerin Stephanie Mager, die zum Entwicklerteam gehört.

Die angehende Ingenieurin Daniela Storch (r.) ist auch eine erfolgreiche Radsportlerin. Sie fährt MTB-Rennen im Scott-Rennstall, gemeinsam mit Lutz Baumgärtel, der Sport und Fitness an der TU Chemnitz studiert hat.

Die angehende Ingenieurin Daniela Storch (r.) ist auch eine erfolgreiche Radsportlerin. Sie fährt MTB-Rennen im Scott-Rennstall, gemeinsam mit Lutz Baumgärtel, der Sport und Fitness an der TU Chemnitz studiert hat.

Foto: Scott

Auch die Entwicklung der Komponenten, beispielsweise der Verbindungstechnik, über die die Fasern homogen mit dem Laufrad verbunden werden, ist abgeschlossen. „Wir können jedem Radfahrer hinsichtlich seines eigenen Nutzungsprofils in puncto Beschleunigung, Dämpfungsverhalten, Gewicht, Design etc. einen passenden Laufradsatz konfigurieren“, verspricht Ingenieur und Mitentwickler Dirk Fischer.

Jetzt wollen die vier jungen Ingenieure ein Start-up gründen, das die neuartigen Speichen auf den Markt bringt. Geplant sind zudem weitere praxisrelevante Dauertests und Fahrten auf der Straße und im Gelände. „Dadurch können wir die Qualität unserer Produkte garantieren“, sagt Storch.

Haben die textilen Speichen entwickelt: Die vier Nachwuchsforscher Ingo Berbig (v.l.), Daniela Storch, Stephanie Mager und Dirk Fischer von der TU Chemnitz wollen jetzt ein Unternehmen gründen.

Haben die textilen Speichen entwickelt: Die vier Nachwuchsforscher Ingo Berbig (v.l.), Daniela Storch, Stephanie Mager und Dirk Fischer von der TU Chemnitz wollen jetzt ein Unternehmen gründen.

Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme

Einen Prototypen präsentieren die jungen Forscher auch in Kürze: Ab 12. September steht ein Rad mit dem neuen Speichensystem in der Sonderausstellung „Das Fahrrad“ des Industriemuseums Chemnitz.

Doch zuvor sind die Forscher auf Werbetour: Auf der Eurobike versuchen sie, Partner für ihre Speichen zu finden. Hoffentlich sind sie mit ihrer Erfindung nicht zu spät. Denn es gibt ja auch schon die ersten Fahrräder ohne Speichen, zum Beispiel das SadaBike und Cyclotron.

Chic anzusehen. Wie stabil die Radkonstruktion ohne Speichen ist, muss sich erst im Alltag noch zeigen.

Chic anzusehen. Wie stabil die Radkonstruktion ohne Speichen ist, muss sich erst im Alltag noch zeigen.

Foto: SadaBike/pho FrozenLight di F.Bucchino

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