Hightech-Draisinen: Fahrräder ohne Pedale aus dem 3D-Drucker

Bei dem Projekt „Drais3D-Trinational“ kommen Studierende aus drei Kontinenten vor allem online zusammen und bearbeiten in gemischten Teams die Aufgabe, ein völlig neues Konzept zu entwickeln, um über modernste Konstruktions- und Produktionsmethoden die Hightech-Draisinen noch leichter und stabiler zu gestalten. „Drais3D-Trinational“ ist ein Projekt des Baden-Württemberg-STIPENDIUMs für Studierende – BWS plus, einem Programm der Baden-Württemberg Stiftung. Das Projekt wird über drei Jahre mit einer Summe von 140.000 € finanziert.

Freiherr Karl Drais von Sauerbronn ist einer der bekanntesten Söhne der Stadt Karlsruhe, der sich mit seiner Draisine erstmals 1817 fortbewegte und damit als Urvater des Fahrrads gilt. Im Gegensatz zu den heutigen Fahrrädern verfügte die Draisine über keine Pedale und wog stolze 40 Kilogramm.

Im Vorfeld des 300-jährigen Karlsruher Stadtjubiläums entstand 2009 an der HKA ein erstes Hightech-Draisinen-Projekt, in dem Stabilität und Gewichtsreduzierung des Rahmens durch das Laminieren von Kohlefasern erzielt wurde, wie beispielweise auch die Flügel des Airbus A380 hergestellt wurden.

„Mit der Universiti Malaysia Pahang verbindet uns bereits eine langjährige Hochschulpartnerschaft mit gemeinsamen Doppelabschlussprogrammen“, so Projektleiter auf Seiten der Hochschule Karlsruhe (Die HKA), Prof. Dr. Maurice Kettner aus der Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik. „Beim zweiten Projektpartner war es für uns ein glücklicher Zufall, dass eine äthiopische Doktorandin und Dozentin den Kontakt zu ihrer Heimat-Uni herstellte und das Addis Ababa Institute of Technology großes Interesse an einer Beteiligung zeigte.“ Für die HKA ein weiterer Schritt zur Erhöhung der internationalen Vernetzung und Mobilität, aber auch von großem Interesse für den DAAD, da internationale Kooperationen zwischen deutschen und afrikanischen Hochschulen unterrepräsentiert sind.

Bei dem auf drei Jahre angelegten Projekt soll nicht nur die Draisine des Freiherrn von Drais nachgebaut werden, sondern die Einzelteile sollen mittels Fused Deposition Modelling gefertigt und zusammengebaut werden. Dabei werden Leichtbau-Konstruktionsdesigns aus der Natur (Bionik) abgeleitet, bei denen die größtmögliche Festigkeit mit minimalem Materialeinsatz erreicht werden kann, wie dies z. B. in der Struktur von Knochen oder Bäumen der Fall ist. Ein studentisches Team favorisierte beispielsweise eine bienenwabenähnliche Struktur, ein anderes orientierte sich am Aufbau von Bambus, das dritte kreierte eine Struktur ähnlich einer Wirbelsäule mit flexiblen Zwischenelementen. Um die im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionswerkstoffen geringere Festigkeit der 3D-Druck-Werkstoffe auszugleichen, sollen gezielt zugspannungsaufnehmende Elemente wie beispielsweise zugfeste Packbänder aus ehemaligen Verpackungen eingesetzt werden – also über Upcycling von bereits anderweitig eingesetzten Materialien.

Im ersten Projektjahr wurden so drei Draisinen in drei unterschiedlichen Ländern entwickelt, die nun in einem hybriden Rennen gegeneinander antraten. Das Rennen wurde online übertragen und die zurückgelegte Wegstrecke und Geschwindigkeit über GPS-Tracker ermittelt. Mit 490,16 m in 126 Sekunden, also einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 14 km/h, konnte das gemischte Team an der HKA in punkto Geschwindigkeit dieses Rennen klar für sich entscheiden wie auch den Slalom, hier allerdings knapp vor dem äthiopischen Team. Gemäß der Zielsetzung des Projekts wurden per Mehrheitsentscheid aller Teammitglieder zudem die Sieger in vier weiteren Kategorien ermittelt: Das Team der malaysischen UMP hat demnach die meisten Bauelemente nach bionischen Mustern entwickelt und das Team des Addis Ababa Institute of Technology die nachhaltigste Draisine. Die leichteste stammt mit nur 8,59 kg wiederum vom Team der malaysischen UMP und in der Bewältigung von auftretenden Problemen war das Team an der äthopischen Partnerhochschule am erfolgreichsten.

„In den kommenden Jahren werden wir diese Konstruktionen hinsichtlich ihrer Schwächen und Stärken analysieren“, so Maurice Kettner, „und die studentischen Teams werden dann verbesserte Prototypen konzipieren, rechnerisch untersuchen und selbst fertigen, um die Vorgängervarianten technisch weiter zu optimieren.“