E-Bike-Rahmen werden nun schon seit deutlich über 10 Jahren hergestellt – und die Produktionsmethoden haben sich immer weiter entwickelt. Die nächsten großen Änderungen stehen jetzt bevor. Durch sie wird sich auch das Aussehen von E-Bikes verändern.

Status-Quo

Heute werden die meisten Rahmen noch immer aus Metall und noch immer als Schweißkonstruktion produziert. Rohre kombiniert mit Fräs-, Schmiede- oder Blechteilen; fertig ist der Rahmen – zumeist in Diamantform. Im High-End-Bereich gibt es natürlich schon seit vielen Jahren Carbonrahmen und unter diesen viele verschiedene Herstellungsverfahren. Fest steht: Der aktuelle Status funktioniert – Jahr für Jahr werden schließlich Millionen Fahrradrahmen produziert. Doch es gibt gute Gründe, dass sich in Zukunft einiges ändern wird.

Traditionell werden viele kleine Kohlefaser-Patches ausgeschnitten und von Hand ausgerichtet.
# Traditionell werden viele kleine Kohlefaser-Patches ausgeschnitten und von Hand ausgerichtet. - Bild: 3T

Probleme

Das offensichtlichste Manko der etablierten Prozesse hat die Coronakrise offengelegt: Die Lieferketten sind lang und empfindlich. Viele beteiligte Firmen, die Kleinteiligkeit, die Transportwege – hier kann an vielen Stellen etwas schiefgehen, was dann dazu führt, dass das Produkt nicht zum Saisonstart in der gefragten Menge verfügbar ist. Eine Reaktion auf steigende Nachfrage ist mit großer Trägheit verbunden.

Das Thema Kosten darf ebenfalls nicht unterschätzt werden: Die zunehmende Elektrifizierung von Antrieb, aber auch Fahrwerk und smarten Funktionen für den Diebstahlschutz oder die Crash-Erkennung bedeuten steigende Kosten für die Komponenten. Gleichzeitig kann der Preis für das Gesamtprodukt nicht beliebig steigen. Es gilt also zu sparen, wo nur möglich.

Auch wenn die Fahrradbranche sich bisher in weiten Teilen verhält, als wäre ihr Produkt ein Freifahrtschein beim Thema Nachhaltigkeit: Früher oder später reicht es nicht, ein lokal emissionsfreies Produkt zu verkaufen. Auch die Fahrradbranche muss sich Gedanken machen, aus welchen Materialien, mit welchen Emissionen und mit welchen Recyclingmöglichkeiten ihr Produkt produziert wird. Allem Greenwashing zum Trotz gibt es für moderne Carbonrahmen keine Recyclingmöglichkeit. Im besten Fall wird downgecycelt, etwa die Matrix verbrannt und die Faserschnipsel irgendwo als drittklassige Verstärkung verwendet.

Lösungsansätze

Wie also werden in Zukunft flexibel, günstig und nachhaltig E-Bike-Rahmen produziert? Einen Rahmen aus dem Vollen zu fräsen (wie es beispielsweise Actofive oder Pole tun) ist sicher nicht die richtige Lösung; auch dann nicht, wenn der Strom für die Fräse aus Wasserkraft kommt. Auch die additive Fertigung wird hier vielfach überschätzt, sie eignet sich bisher nur sehr bedingt für günstig und nachhaltig bei den benötigten Stückzahlen.

Ganz wichtig für eine Produktion in Europa
# Ganz wichtig für eine Produktion in Europa - aus dem Werkzeug heraus perfekte Oberflächen erzielen. Händische Nacharbeit ist hierzulande einfach nicht zu bezahlen. Bild: 3T.

Aller Wahrscheinlichkeit nach wird die Lösung in der Automatisierung liegen. Reduzierte Lohnkosten, Produktion 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche und gleichbleibende Qualität: Kein Wunder, dass es schon heute viele Automatisierungsaktivitäten auch in der Fahrradbranche gibt. Fertigungsverfahren oder Prozessschritte, die sich schlecht automatisieren lassen, werden entfallen müssen. Mehrere hundert kleine Kohlefaserschnipsel in verwinkelte Geometrien stückeln, bis irgendwann ein Fahrradrahmen entstanden ist? Für einen Roboter schwierig und in jedem Fall zeitaufwendig.

3T: Wickeln und Injizieren

Auch die Verwendung von Prepreg-Materialien, also mit Harz imprägniertem Carbon, wird sich für die breite Masse wohl nicht beibehalten lassen: Die Kosten, die klebrigen Schnipsel, der anfallende Sondermüll, die geringe Haltbarkeit im Kühlraum – das wird sich auf Dauer nur der Motorsport oder die Kleinserie leisten. Schon heute zeigt beispielsweise 3T, wie die Produktion hochwertiger Carbonrahmen in Italien stattfinden kann. Die trockenen Fasern werden zu Rohren gewickelt – das geht automatisch und mit weniger Abfall. Anschließend werden die Fasern mit Harz infiltriert, im gleichen Verfahren, in dem BMW in den letzten Jahren 250.000 Fahrzeuge vom Modell i3 gebaut hat. In diesem Prozess bleibt übrigens auch das Werkzeug heiß, ein ständiges Heizen und Abkühlen wie bisher entfällt, was signifikante Energieeinsparung bedeutet!

Beim Wickeln wird das Rohr direkt aus dem Carbon-Roving hergestellt
# Beim Wickeln wird das Rohr direkt aus dem Carbon-Roving hergestellt - die Programmierung bestimmt Faserrichtung und wo wie viele Fasern übereinanderliegen. Bild: 3T.
Gewickelte Rohre können lokal verstärkt werden
# Gewickelte Rohre können lokal verstärkt werden - bei ihrer Produktion fällt quasi kein Abfall an. Bild: 3T
Der Hauptrahmen wird samt Anschluss für den Hinterbau einteilig hergestellt
# Der Hauptrahmen wird samt Anschluss für den Hinterbau einteilig hergestellt - die einzelnen Wickelstücke werden trocken zusammen ins Werkzeug gelegt und dann mit heißem Harz gefüllt. Bild: 3T

Durch eine immer noch hohe Teiligkeit kann 3T seine Rahmen trotz radikal anderer Produktionsweise noch wie gewohnt aussehen lassen. Wer noch weiter automatisieren will, noch schneller, noch günstiger produzieren, der muss das Produkt stark der Produktionsweise anpassen. Wenn E-Bike-Rahmen nicht mehr aus vielen Einzelteilen hergestellt werden müssten, sondern in einem Schuss entstehen könnten, dann hätte das ein riesiges Potenzial hinsichtlich der Kosten. Ohne manuellen Aufwand und möglichst direkt vom Halbzeug oder aus dem Ausgangsmaterial in die endgültige Form – dann braucht es nur noch ein wiederverwertbares Material und wir nähern uns unserer Vision von der kurzen Lieferkette, dem niedrigen Preis und der Kreislaufwirtschaft.

Nach Tretkurbeln werden bei 3T inzwischen auch die ersten Rahmen in Italien produziert
# Nach Tretkurbeln werden bei 3T inzwischen auch die ersten Rahmen in Italien produziert - möglich macht das die Anwendung der Wickeltechnik und des RTM-Verfahrens. Bild: 3T.

Isoco: Spritzguss

Konkret ist hier Spritzguss die greifbarste Vision: Durch Faserverstärkung kann die Performance von Kunststoff verbessert werden, durch Schieber und in Fluidinjektionstechnik lassen sich immer komplexere Formen bauen. Der Vorteil: Die Rahmen werden sehr schnell, in einem Schuss, hergestellt. Konkret gibt Akro-Plastics die Produktionsdauer eines Rahmens mit 90 Sekunden an. Die Werkzeuge und die Prozesstechnik sind zwar nicht günstig, danach läuft die Produktion aber weitestgehend ohne manuellen Aufwand. Dadurch kann die Produktion an beliebigem Ort stattfinden, zum Beispiel auch in Deutschland – denn die hier höheren Lohnkosten wirken sich kaum auf den Preis des Produktes aus. Das könnte wiederum die Lieferkette verkürzen und die Flexibilität erhöhen. Das so hergestellte Advanced Reco One ist offensichtlich so robust ausgelegt, dass der Hersteller 30 Jahre Garantie geben will. Am Lebensende kann das Material dann geshreddert und wieder im selben Prozess verarbeitet werden; da nie lange Fasern verwendet wurden, ist die Degradation viel geringer als beim Status quo. Die CO2-Emissionen während der Produktion sollen ebenfalls nur die Hälfte betragen, eine Zahl, die schwierig zu prüfen ist.

Video: Isoco Bikes – Full Production Process

Für alle Nerds: Die Firma V Frames ist eine Tochter von Isoco – gemeinsam hat man mit dem Materialhersteller Akro-Plastic und dem Spritzgießmaschinenhersteller Engel den Prozess samt Material befähigt. Verwendet wird PA-CF40, also ein Thermoplast mit 40 % Kohlenstofffaser. Das ist hoch, aber geringer als bei Prepreg-Rahmen, wo in der Regel 55 – 65 % erreicht werden. Die Kohlefasern sind rezyklierte Ware, die Schließkraft der Maschine beträgt 17000 kN (!). Metallische Inserts sorgen für eine dauerhafte Verbindung, die Produktionskapazität in Deutschland beträgt 3 Millionen (!) Rahmen pro Jahr. Das Urban E-Bike ist der Anfang – Mountainbikes, Kinderräder und Lastenräder befinden sich laut Engel in Entwicklung.

Die Engel Spritzgießmaschine mit Schiebern und Leitungen für die Injektion von Wasser innerhalb der Schmelze
# Die Engel Spritzgießmaschine mit Schiebern und Leitungen für die Injektion von Wasser innerhalb der Schmelze - dieses Monster macht hohle Rahmen im Spritzguss möglich. Bild: Isoco.

Die schiere Performance wird dabei sicherlich nicht so gut wie bei Rahmen mit Langfaserverstärkung und verlorenem Kern (also dem Status quo). Das erwähnte Urban-E-Bike bringt es auf 28,6 kg. Doch die Frage ist: Kann eine gewisse Einbuße bei Steifigkeit und Gewicht toleriert werden? Kaufen Kunden gerade überhaupt noch nach Steifigkeit oder Gewicht? Sind Fahrräder nicht seit Jahren immer schwerer geworden, haben sich dank Funkschaltung und Co. aber weiterhin verkauft? Ich gehe davon aus, dass es die auf maximale Performance getrimmten Modelle immer geben wird – diese aber wie Sportwagen unter Autos die Ausnahme von der Regel darstellen. Eine bessere Performance wird durch höheren Preis und schlechtere Nachhaltigkeit erkauft. Das Standard-Modell aber, der Carbonrahmen für die Masse, der wird aller Wahrscheinlichkeit nach nicht mehr lange von Hand aus Duroplasten gebaut – und das ist gut so!

Das Design ist nur teilweise der Gestaltung geschuldet
# Das Design ist nur teilweise der Gestaltung geschuldet - wichtiger ist die Herstellbarkeit und die Aufnahme der Belastungen. Bild: Isoco.
17.000 kN beträgt die Schließkraft der Anlage
# 17.000 kN beträgt die Schließkraft der Anlage - das entspricht dem Gewicht von 425 LkW. Bild: Isoco.
Reihenweise E-Bikes vor hochautomatisierter Fertigung.
# Reihenweise E-Bikes vor hochautomatisierter Fertigung. - Bild: Isoco.

Fazit

Höhere Automatisierung wird es zunehmend erlauben, Fahrradrahmen in Europa oder Nordamerika herzustellen. Durch die Verwendung anderer Herstellungsverfahren sinkt der manuelle Aufwand, im besten Fall auch die Emission von Treibhausgasen und die Kosten. Das Design wird sich durch die Herstellungsverfahren ändern, und im Idealfall werden Rahmen sowohl langlebig als auch recycelbar.


Alle Artikel der Dreh-Momente-Reihe

Worauf kommt es euch beim Rahmen der Zukunft besonders an?

  1. benutzerbild

    Redaktion

    dabei seit 05/2016

    Dreh-Momente am Dienstag: Die Fahrradrahmen-Produktion der Zukunft

    Wie werden Fahrradrahmen aus Carbon in Zukunft produziert? Hoffentlich mit geringerem Energieaufwand und besser recycelbar als heute.

    Den vollständigen Artikel ansehen:
    Dreh-Momente am Dienstag: Die Fahrradrahmen-Produktion der Zukunft
  2. benutzerbild

    Menace

    dabei seit 12/2021

    dann hätte das ein riesiges Potenzial hinsichtlich der Kosten

    Ja, heisst aber nicht dass die Bikes billiger werden sondern nur dass die Hersteller noch mehr verdienen.

    Und bitte keine Märchen mehr dass sich Carbon vernünftig recyclen lässt.

Was meinst du?

Wir laden dich ein, jeden Artikel bei uns im Forum zu kommentieren und diskutieren. Schau dir die bisherige Diskussion an oder kommentiere einfach im folgenden Formular:

Verpasse keine Neuheit – trag dich für den eMTB-News-Newsletter ein!