steelworks – Ein Rennrad aus Stahl in seiner schönsten Form

Peter Krins, 33 Jahre alt, ist bei thyssenkrupp Steel Fachmann für Prozessoptimierung in der Logistik und seit zehn Jahren auch Triathlet. Wie für alle ambitionierten Radrennfahrer zählt für ihn im Rahmen des Wettkampfs vor allem die Performance. Aerodynamik und Gewicht sind hier wichtige Faktoren beim Rennrad. Dass sich ein Stahlrahmen durchaus mit klassischen Rennrädern aus Carbon oder Alu messen könnte, hätte er zunächst nicht gedacht. „Das steelworks zu fahren war für mich eine komplett neue Erfahrung“, räumt er ein. Die Chance dazu hatte er bei einer fünftägigen Erprobungsfahrt mit einem Team aus sechs ebenso radfahrbegeisterten Kollegen.

Fester Untergrund, Kies, Pflaster, Asphalt: Das alles musste das Bike meistern. So konnten die Rennrad-Amateure aus der Stahlbranche auf ihrer 1.000 Kilometer langen Tour die Perspektive des Endkunden einnehmen und mit ihren Erfahrungen zur Verbesserung der Prototypenkonstruktion beitragen.

Im „Silicon Valley“ für Stahlbearbeitung

Die besonderen Eigenschaften des steelworks kommen nicht von ungefähr. Denn das Projektteam brachte Fachleute zusammen, die alle Vorzüge des Werkstoffs geschickt ausspielten. Mit dabei: der international anerkannte Automobilzulieferer für komplexe Metall- und Hybridstrukturen, KIRCHHOFF Automotive, die Experten für Vorrichtungsbau und Laserschweißtechnik, Bergmann & Steffen, ein weiterer Spezialist für 3D-Laserschneiden und -schweißen, HUJER Lasertechnik, und noch einige mehr. Uwe Bergmann, einer der Beteiligten, bringt es auf den Punkt: „Die Region ist wie ein Silicon Valley für Stahl.“ Hier weiß man einfach, dass scheinbar Unmögliches möglich ist.

Die DNA des Stahls wird im Rennrad erlebbar

Beim auf automobilen Leichtbau spezialisierten Zulieferer KIRCHHOFF Automotive wird für das Rennrad ein gerade einmal 0,7 Millimeter dünner, hochfester Dualphasenstahl im Tiefzieh-Verfahren in eine Form für zwei Halbschalen gepresst. Das Umformen dieser Halbschalen ist hoch komplex. "Als eines von wenigen Unternehmen sind wir in der Lage, diesen Fertigungsschritt auszulegen und auszuführen", berichtet Prototypeshop-Manager Marcus Bruse von KIRCHHOFF Automotive und ergänzt: „Stahl ist im Fahrzeugbau nach wie vor DER Werkstoff in der Fertigung, da er kostengünstig ist und vielseitig eingesetzt werden kann. Auch im automobilen Leichtbau sind speziell hochfeste Stahlgüten der Werkstoff der Zukunft.“ Und mit der Verarbeitung von hochfesten Stählen kennt sich KIRCHHOFF Automotive aus. Dieses Material ist steif und fest und gleichzeitig sehr robust. Die Nutzung verzinkter Halbzeuge in Kombination mit einer Lackierung ermöglicht Korrosionsbeständigkeit wie bei einer Fahrzeugkarosserie. Im Vorfeld waren etliche Simulationen und Werkzeugoptimierungen erforderlich, um ein gutes Ergebnis zu gewährleisten. „Kompetenz und Erfahrung der Ingenieure beider Unternehmen sowie eine konstruktive Zusammenarbeit haben den Erfolg ermöglicht“, sagt Bruse.

Mit dem Laser schnell und präzise den Stahlrahmen Schweißen

Im nächsten Schritt wurden die beiden Bauteile für das Laserschweißen vorbereitet. „Die Blechteile müssen für diese komplexe Form extrem präzise sein“, erklärt Konstrukteur Stegmeyer. Bei Bergmann & Steffen, einem der führenden Hersteller für Laser Remote Schweißanlagen bekamen die Halbschalen sogenannte Dimpel: winzig kleine Noppen auf den Schweißflanschen. Durch sie entstehen an der Schweißnaht Abzugkanäle für das Zink, das durch den Laserstrahl beim Schweißen noch unterhalb des Schmelzpunktes von Stahl in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht. „Mit dieser Prozesslösung verhinderten wir, dass beim anschließenden Schweißen verdampftes Zink in der Naht eingeschlossen bleibt“, erklärt Uwe Bergmann. Von Bergmann & Steffen in eine Spezialvorrichtung eingespannt, reisten die Halbschalen zu dem Spezialisten für 3D-Laserschweißen, HUJER Lasertechnik. Hier kam es zur „Hochzeit“ der beiden Teile. Nur eine nahezu unsichtbare Schweißnaht zeugt davon.

„Bei uns war es eine besondere Herausforderung, beide Rahmenhälften mittels Laserschweißen prozesssicher so miteinander zu verschmelzen, dass keine Verletzung des Rahmens stattfindet und gleichzeitig die Schweißnaht möglichst nah am Biegeradius der Rahmenhälften liegt“, erinnert sich HUJER-Projektleiter Henning Reese. „In unzähligen Korrekturschleifen im Zehntel-Millimeterbereich konnte unser gemeinsames Ziel, dem Radfahrer ein stabiles Bike, kombiniert mit einem sehr flachen, eleganten Schweißnaht-Design anzubieten, erreicht werden.“

steelworks ist Technologie und gute Ideen

„Immer wieder hörten wir von ausgewiesenen Experten, dass unser Vorhaben eigentlich nicht realisierbar ist“, räumt Ralf Stegmeyer rückblickend ein. „Gleichzeitig waren unsere Partner von der Idee und der Herausforderung so fasziniert, dass sie es möglich machen wollten.“ Das gilt auch für die zunächst letzte Hürde, die bei der Fertigung der Rahmen-Rohlinge zu nehmen war: die Fertigung des Hinterbaus. Das Modell dafür entwickelten Projektleiter und Konstrukteur in einem kurzen Moment der Entspannung beim Projekt-Partner Bergmann, wie Chan berichtet: „Wir hatten lange überlegt und dann lag da ein Pizzakarton vor mir, aus dem ich unsere Idee mit ein paar Griffen falten konnte.“ Damit war eine völlig neue Lösung geboren, die es vorher noch nicht gegeben hatte. Und auch das ist wohl einer der Erfolge von steelworks, wie Chan betont: „Die Innovationen aus dem Projekt haben uns der Zukunft ein Stück näher gebracht.“