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Entscheidende Gewichtsvorteile für Rio

3D-Laserdruck macht das deutsche Bahnrad-Team bei Olympia schneller
Entscheidende Gewichtsvorteile für Rio

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Beim anstrengenden Weg aufs Siegerpodest bei den Olympischen Spielen zählt bei den Radsportlern jedes Gramm. Denn je weniger Masse bewegt werden muss, desto höher die Beschleunigung. Eine wichtige Gewichtseinsparung an den Hightech-Rädern für die diesjährigen Wettkämpfe in Rio de Janeiro kommt aus den Druckern des Reutlinger Unternehmens 3D-Laserdruck.

Die Ingenieure drucken die sogenannten Vorbauten der Rennmaschinen, also die Verbindung zwischen Lenker und Rahmen. Diese Aluminium-Komponenten sind besonders leicht und maßgerecht an die Bedürfnisse jedes einzelnen der deutschen Bahnradfahrer angepasst. Möglich machen dies die neuen Designmöglichkeiten durch Additive Fertigung.
Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentiert diese Innovation mit ihrem ThinKing im Juli. Die Leichtbau BW GmbH gibt mit diesem Label monatlich innovativen Produkten oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg eine Plattform.
Das im 3D-Druck konstruktiv optimierte Bauteil hat nur noch gut die Hälfte des ursprünglichen Gewichts. Absolut gesehen sind es etwa 160 Gramm, die eingespart wurden. Auf den ersten Blick erscheint das nicht viel – tatsächlich geht es im Leistungssport am Ende aber um jede Hundertstelsekunde und damit auch um jedes Gramm.
3D-Laserdruck ist Dienstleister im Bereich des Metall-Laserschmelzens (SLM). Beim SLM werden Bauteile durch die schichtweise Verschmelzung dünner, etwa 0,05 mm (= 50 µm) starker Pulverschichten im 3D-Drucker aufgebaut. Es entstehen homogene, vollbelastbare Bauteile, die konventionell gefertigten Bauteilen in ihren Eigenschaften in nichts nachstehen, aber deutlich leichter sind.
Bauteile werden nach den Bedürfnissen der Athleten 3D-gedruckt
Die Gewichtseinsparung wurde durch die Umsetzung einer wabenförmigen Struktur im Innern des Vorbaus erreicht. Die Vorbauten werden im 3D-Drucker aus einer Aluminium-Legierung gefertigt, sie verbinden Lenker und Gabel verwindungssteif mit dem leichten Carbon-Rahmen. Das werkzeuglose SLM-Verfahren eignet sich hervorragend zur Herstellung von Metallbauteilen mit komplexen Geometrien. Die hohe Gewichtreduzierung bei unverändert voller Belastbarkeit des Bauteils, z.B. durch geringe Wandstärke und intelligenter Geometrien im Innern, ist nur durch das 3D-Druck-Verfahren realisierbar.
Durch Additive Verfahren ist es auch möglich, die Vorbauten individuell auf die körperlichen (z.B. Körpergröße, Sitzposition, allgemeine Ergonomie) und technischen (z.B. Radgeometrie, Rahmenhöhe) Bedingungen aller achtzehn deutschen Rad-Athleten anzupassen. Das bringt deutliche Vorteile bei der Übertragung von Muskelkraft in Geschwindigkeit.
Bauteile wurden in zwei Monaten gefertigt und geliefert
Entwickelt wurden die gewichtsreduzierten Vorbauten am Institut für Forschung und Entwicklung von Sportgeräten (FES) in Berlin gemeinsam mit den Spezialisten von 3D-Laserdruck. Von Beginn an haben die Reutlinger Ingenieure das FES bei der Konstruktion und Umsetzung der gewichtsparenden Geometrien fachkundig begleitet. Für die Nachbearbeitung der Oberflächen zeichnet sich die Wenz-Mechanik GmbH verantwortlich, die zur gleichen Unternehmensgruppe gehört wie 3D-Laserdruck.
Die Kraftwirkung auf Bauteil und Rad im Bahnoval wurde durch die Methode der finiten Elemente (FEM) in mehreren Etappen simuliert und das Bauteil konstruktiv entsprechend optimiert. In ausgiebigen Tests auf den Prüfständen des FES haben die Bauteile ihre Bruch- und Dauerfestigkeit unter Beweis gestellt, ebenso in intensiven Tests durch die Sportler. Die additive Fertigung konnte bei diesem Projekt auch ihre Zeitvorteile voll ausspielen. Nach Entwicklung und Test wurden innerhalb von nur zwei Monaten für die 18 Athletinnen und Athleten die Vorbauten gefertigt und ausgeliefert.
Der Geschäftsführer der Landesagentur für Leichtbau, Dr. Wolfgang Seeliger, sagt zu der Leichtbaulösung des Monats: „Für den Leichtbau ergeben sich mit additiver Fertigung enorme Potentiale für bislang nicht realisierbares Produktdesign. Zudem besteht es ein großes Marktpotenzial.“ Laut einer McKinsey-Studie werden im Jahr 2025 industrielle Wertschöpfungsströme von bis zu 550 Milliarden US-Dollar von additiver Fertigung verändert werden.
www.3d-laserdruck.de/
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