Vorbauten aus dem 3D-Drucker machen Fahrräder des deutschen Bahnrad-Teams bei Olympia schneller

Eine wichtige Gewichtseinsparung an den Hightech-Rädern der Bahnradfahrer für die diesjährigen Sommerspiele in Rio de Janeiro kommt aus 3D-Druckern. Das Reutlinger Unternehmen 3D-Metall-Druck ermöglicht die Realisierung komplexer Geometrien, wie sie mit traditionellen Verfahren nicht möglich sind. 3D-Laserdruck stellt mittels Metall-Laserschmelzen (SLM) die sogenannten Vorbauten der Rennmaschinen her, 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.

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.

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.

Krafteinwirkung wurde mit FE-Methode simuliert

Entwickelt wurden die gewichtsreduzierten Vorbauten am Institut für Forschung und Entwicklung von Sportgeräten (FES) in Berlin gemeinsam mit den Spezialisten von 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.