Mit einem intimen Wissen über Kohlefaser hat Treks leitender Composites-Ingenieur eine große Rolle dabei gespielt, Fahrräder zu dem zu machen, was sie heute sind
Radfahrer: Wie hast du bei Trek angefangen?
Jim Colegrove: 1990 wollte Trek nach einem katastrophalen Start mit einer separaten Firma für den Bau des 5000er-Rahmens Verbundteile im eigenen Haus bauen. Das war 1988 und 1989 ein Stück aus einem Stück gefertigt. Schrecklicher Fehlschlag – wir haben praktisch alle zurückbekommen. Schlüsselpersonen erkannten, dass Kohlefaser die Zukunft war, und ich wurde eingestellt, um dabei zu helfen, die Fertigung in diese Einrichtung zu bringen. Ich kam von einem kleinen Ingenieurbüro in S alt Lake City, das mit Luft- und Raumfahrtkunden zusammengearbeitet hat – Boeing, Lockheed, Northrop, solche Unternehmen. Jackson Street war der Ausgangspunkt von Trek, eine rote Scheune in der Innenstadt von Waterloo [Wisconsin]. Trek begann dort 1976 mit dem Hartlöten von Rahmen. Jetzt beherbergt es die CNC-Werkzeugbearbeitungsanlage, um alle Formen zu schneiden, die wir zur Herstellung unserer Teile verwenden.
Cyc: Verwenden die Luft- und Raumfahrt- und die Militärindustrie viel hochwertigeres Carbon als in Fahrrädern?
JC: Das Material, das die Luftfahrt- und Verteidigungsindustrie verwendet, ist nahezu identisch mit dem Material, das die Freizeitindustrie verwendet. Was in der Regel fehlt, ist die Zertifizierung und auch der Nachweis der Herstellung. Wir verwenden viele verschiedene Fasern, von denen einige die gleichen sind wie die, die für hochwertige Militär- und Luft- und Raumfahrtzwecke verwendet werden. M60J zum Beispiel ist eine Toray-Faser mit ultrahohem Modul. Als ich das letzte Mal nachgesehen habe, war es etwas über 900 $ pro Pfund [ca. 1.270 £ pro Kilo]. Einige dieser Materialien mit hohem und ultrahohem Modul werden als strategische Materialien eingestuft, und das bedeutet, dass sie nur in bestimmten NATO-Ländern verfügbar sind, weil man daraus Waffen herstellen kann. Wir verwenden fast alle Fasern da draußen, ob Toray, Mitsubishi, Hexcel, Cytec. Sie nennen es, wir verwenden es.
Cyc: Was ist das Besondere an Treks Vorgehensweise?
JC: Eines der wichtigsten Dinge ist, wie wir den Prozess fehlersicher machen. Jedes Mal, wenn Sie einen Menschen in die Mischung einbauen, besteht die Möglichkeit von Fehlern. Alle unsere Produkte sind in den letzten fünf oder sechs Jahren durch unser Validierungslabor gegangen, das eine Art Scheinfabrik ist. Wir ziehen unsere Dokumentationsspezialisten hinzu, die unseren Bedienern sagen, was sie zu tun haben. Wir bringen diese Bediener in das Validierungslabor und schulen sie, damit wir einen nahtlosen Übergang haben. Wir versuchen, Dinge so zu entwickeln, dass sie gut in die Produktion übergehen. Denn wenn Sie Dinge aus einer Laborumgebung in die Produktion bringen, gibt es immer kleine Störungen – Dinge, an die Sie nicht gedacht haben.
Cyc: Wie bringen Sie die Anforderungen von Design und Forschung in den Vereinigten Staaten unter einen Hut, während Sie einen großen Teil Ihrer Produktion in Fernost machen?
JC: Was meiner Meinung nach wirklich wichtig ist, ist, dass das, was hier gelernt wird, an unsere asiatischen Partner weitergegeben wird. Eines der Dinge, die uns meines Erachtens von anderen abheben, ist die Tatsache, dass wir tief in die Fertigung eingebettet sind. Wir bauen alle hochwertigen Project One-Motorräder in Wisconsin und wir wissen, dass die Fabrik teuer ist, aber wenn wir es nicht hier tun, verlieren wir diese direkte Verbindung zum Bau des Produkts. Wir können einen schönen Rahmen entwerfen und ihn jemandem zusenden, aber wir hätten keine Ahnung, ob das, was wir entworfen haben, baubar ist und ob es auf eine gute, einzigartige Weise baubar ist.
Cyc: Wie beeinflusst die Zusammensetzung von Karbonfasern das Rahmendesign?
JC: Es gibt eine Art „schwarzes Aluminium“-Theorie, bei der Designer Kohlenstoff so behandeln, als wäre es ein normales isotropes Metall. Ein Teil der FEA [Finite-Elemente-Analyse], die im Fahrraddesign verwendet wird, erfolgt durch die Eingabe von Aluminium als Material und die Konstruktion der Rohre ausschließlich nach dem Effekt einer bestimmten Wandstärke. Das ist keine echte Verbund-FEA. Das ist in Ordnung, um ein akzeptables Produkt zu bekommen, aber wenn wir die Art von Fahrleistung wählen wollen, die wir an der Spitze jagen, müssen wir die Dinge richtig machen. In unserem Design können Sie die Anzahl der Lagen sehen und wo wir sie platziert haben, und all das basiert auf unserer Analyse.
Cyc: Wie hat sich der Trend zu verbesserter Aerodynamik auf Ihre Herangehensweise an das Design ausgewirkt?
JC: Die Aerodynamik hat uns wirklich in ein Dilemma gebracht. Aero-Tube-Formen erfordern tendenziell größere Oberflächen, und wenn Sie einem Teil mehr Oberfläche hinzufügen, haben Sie mehr Gewicht, richtig? Außerdem ist es entweder so hart für den Fahrer, weil es ein so hoher Abschnitt ist, oder es ist so schmal, dass das Fahrrad überall herumliegt [aufgrund der seitlichen Biegung]. Hier kommt unsere Analyse wirklich ins Spiel. Zuerst analysieren wir die Form aus aerodynamischer Sicht, und sobald wir wissen, dass wir eine bestimmte aerodynamische Form haben, fangen wir an, diese in die FEM einzufügen. Wenn diese beiden nicht zusammenspielen, müssen wir Material hinzufügen, um der Aerodynamik gerecht zu werden, aber dann wird das Fahrrad zu schwer – das wird nicht akzeptabel sein. Daher suchen wir ständig nach der besten Lösung.
Cyc: Fahrräder aus Kohlefaser bestehen zur Hälfte aus Kohlefasern und zur Hälfte aus Harz. Wie wichtig ist das Harz?
JC: Sehr. Wir reden nicht viel darüber, aber wir arbeiten ständig mit verschiedenen Harzen. Es ist ein Verbundmaterial – Kohlefaser erledigt die Arbeit und das Epoxidharz hält die Fasern in Position. Wenn das Harz also nicht seine Aufgabe erfüllt, die Fasern in Position zu h alten, werden Sie keine wirkliche Leistung aus den Fasern herausholen. Wir haben eine engere Beziehung zu [Kohlefaserhersteller] Hexcel aufgebaut, weil es eine breite Palette von Harzen mit einzigartigen und besonderen Eigenschaften hat. Das Problem ist, dass es ein bereits kompliziertes Konzept weiter verkompliziert. Es schwirrt so viel Fachjargon herum – ist es ein T700 oder ein T800 oder ein IM7 oder ein IM8, wie sind die Module, die Festigkeit und die Dehnung? Es ist verwirrend genug, ohne auf Harze einzugehen.
Cyc: Kohlenstoff hat manchmal den schlechten Ruf, eine begrenzte Lebensdauer zu haben. Ist das wahr?
JC: Die Leute scheinen besorgt über Kohlefaser zu sein, weil sie ein Unbekannter ist. Die Menschen sind mit Stahl und Aluminium aufgewachsen. Jedes Material hat eine Ermüdungslebensdauer. Nehmen Sie eine Büroklammer aus Stahl und biegen Sie sie hundertmal, sie wird wahrscheinlich brechen. Machen Sie dasselbe mit Aluminium, und es wird wahrscheinlich in der Hälfte der Zeit brechen, da Aluminium nicht so gut ermüdet wie Stahl. Verbundwerkstoffe haben im Allgemeinen eine unendliche Ermüdungslebensdauer. Aber das hängt von der Kohlefaserverwendung, der Harzverwendung und davon ab, wie gut es verarbeitet wurde. Mit anderen Worten, gibt es viele Hohlräume im Laminat? Weil Hohlräume ein Komposit sehr schnell zerstören. Das war vor Jahren üblich, heute nicht mehr. Auch hier spielt die vollständige Kontrolle über Materialien, Prozesse und Technik eine wichtige Rolle. Wenn Sie all das in die Hand nehmen, können wir mit Sicherheit sagen, dass Sie ein Fahrrad, das Sie heute kaufen, ein Leben lang fahren können und sich während dieses Lebens nicht verschlechtern werden.
Cyc: Bist du auf der Suche nach neuen und außergewöhnlichen Materialien?
JC: Wir sind immer auf der Suche nach neuen Materialformen. Graphen ist eines davon, aber es befindet sich noch in der Entwicklung. Es gibt Hersteller von Nano-Graphen-Plättchen, also kann man es schon bekommen, aber es ist sehr teuer. Das Wichtigste für uns ist, dass wir nicht vollständig überzeugt sind, wenn wir keinen Nutzen im Verbund sehen. Wenn wir einen Weg finden könnten, Graphen oder Kohlenstofffaser-Nanoröhren dazu zu bringen, die langen Schnüre herzustellen, wie wir sie für aktuelle Kohlenstofffasern haben, oh mein Gott, die Steifheit, die Festigkeit und das Gewicht wären unglaublich.
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