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Am Anfang war das Rohr

Rohre besitzen im Allgemeinen einen kreisrunden Querschnitt. Im Speziellen jedoch und insbesondere beim Rahmen des impec sind Rohre so einfach nicht mehr zu erklären ...

Die perfekte Rennmaschine - so eine uralte Erkenntnis - zeichnet sich dadurch aus, dass sie möglichst viel von der Energie, die ihr Fahrer investiert, in direkten Vortrieb verwandelt, ohne selber dabei ins Gewicht zu fallen. Leicht und steif, stabil und agil zugleich muss der Rahmen sein.

Um genau diese Attribute in ein optimales Verhältnis zueinander zu bringen, haben wir uns beim impec zuerst einmal auf das Design der Rahmenrohre konzentriert. Wir wollten jedes einzelne Rohr so gestalten, dass es über seine gesamte Länge hinweg alle anfallenden Lasten optimal aufnimmt und verteilt.

 

Neu war diese Idee für unsere Ingenieure und Designer eigentlich nicht. Schon seit einigen Jahren arbeiten sie an Technologien, die uns in die Lage versetzen, Rahmenrohre aus Composite Werkstoff belastungspezifisch zu optimieren. Die Begriffe „Tuned Compliance Concept" und „Force Specific Tubing" zum Beispiel stehen für BMC-Innovationen, die für mehr Stabilität, präzises Handling und mehr Fahrkomfort sorgen und die für die Entwicklung des impec von entscheidender Bedeutung waren.

Wir wussten ziemlich genau, wo ein Rahmen steifer sein muss, um den Wirkungsgrad seines Fahrers zu optimieren. Wir wussten, wie das perfekte Rahmenrohr gestaltet sein muss - rund ist es übrigens nur in den seltensten Fällen. Und wir wussten, dass diese Perfektion ohne den perfekten Fertigungsprozess eine Utopie bleiben würde. Es war an der Zeit, Load Specific Weave zu entwickeln.

Das Load Specific Weave Verfahren

 

impec Technologie Nº 1 ist das Load Specific Weave Verfahren – LSW. In diesem robotergesteuerten Prozess entstehen die Rahmenrohre des impec. Jedes von ihnen absolut präzise auf seine Bestimmung hin maßgeschneidert und in nachprüfbarer Präzision gefertigt …

LSW steht für einen komplexen, dreistufigen Prozess, an dessen Ende das perfekte Rahmenrohr steht. Verkürzt dargestellt, sehen die drei Stufen so aus: Flechten, Verharzen, Schneiden – und heraus kommt ein schlichtes, makelloses Karbonrohr, das nur noch lackiert, bedruckt und mit weiteren, ebenso fehlerfrei gefertigten Rohren zum perfekten Rahmen zusammengefügt werden muss.


Der stringente Einsatz digitaler Technik führt beim Load Specific Weave zu absoluter Transparenz. Um dies zu gewährleisten, ist jeder Werkstückträger mit einer Datenmatrix versehen, die alle Programme für die unterschiedlichen Prozessschritte enthält, welche die Rahmenrohre des impec durchlaufen. Das System gibt den verschiedenen Robotern ihre Befehle und dokumentiert gleichzeitig alle relevanten Daten für jedes einzelne Werkstück.

Load Specific Weave heisst

  • definierte und kontrollierte Faserorientierung
  • Konstante Winkel bei variablen Querschnitten
  • Variable Winkel bei konstantem Querschnitt

Flechten

In der ausführlicheren Version fängt die Produktion des impec so an: Ein Industrieroboter greift sich einen Werkstoffträger mit dem Positivkern des zu fertigenden Rohres. Dann führt er diesen Kern einem Flechtrad zu, wie es in ähnlicher Weise bisher vor allem bei der Herstellung von Stahlseilen Verwendung fand. Die Datenmatrix wird ausgelesen, der Flechtprozess beginnt. Mehr als 100 mit hauchdünnen Fäden bestückte Spulen laufen auf sinusförmigen Bahnen durch das Rad und flechten so einen nahtlosen Tubus aus Karbonfasern um den Positivkern im Zentrum des Rades herum. Die Materialdichte und Ausrichtung der Fasern wird dabei durch die Vortriebsgeschwindigkeit und die Form des Positivkerns bestimmt. Der Vortrieb variiert je nach der spezifischen Belastung, für die das Rohr an dieser Stelle ausgelegt ist. Ist die Karbonstruktur fertig geflochten, wird der Tubus abgeschnitten, der Werkstoffträger fährt aus dem Flechtrad heraus und ein anderer Kern nimmt seinen Platz auf der Flechtmaschine ein.

 

Verharzen

Im nächsten Fertigungsschritt wird aus dem maßgeschneiderten Karbonstrumpf ein Rohr. Um die angestrebte Fertigungsqualität zu erreichen, haben wir den weltweit ersten vollautomatisierten Verharzungsprozess für Composite Werkstoffe entwickelt. Der ist zwar in weiten Teilen ein streng gehütetes Betriebsgeheimnis, aber ohne ein paar Eckdaten ist die Entstehungsgeschichte vom perfekten Rahmen wohl kaum zu vermitteln.

Im Zentrum des zweiten Prozessschrittes stehen Negativformen aller Rohre, aus denen der Rahmen des impec entsteht. In diesen „Molds“ findet die Verharzung der Karbonstrukturen unter absolut kontrollierten Bedingungen statt. Dazu wird zuerst der Positivkern mit dem zuvor belastungsspezifisch geflochtenen Karbonstrumpf in die zugehörige Form eingeführt. Anschließend wird ein spezielles 2-Komponenten-Harz durch ein Mischrohr am unteren Ende der Form in die Mold gepresst. Das Werkstück wird danach noch so lange in der Form belassen, bis der Härtungsprozess abgeschlossen ist.

Schneiden

Nun geht es zum dritten und letzten Produktionsabschnitt des Load Specific Weave – dem ablängen der Rohre. auch dieser Prozess ist vollautomatisiert und wird hochpräzise von industrierobotern vorbereitet und ausgeführt. Step 1: Das Rohr wird mitsamt dem Positivkern von der Mold getrennt. Step 2: Der Werkstoffträger mit dem Positivkern wird aus dem Rohr entfernt. Step 3: Eine Präzisionssäge mit Diamant-Sägeblättern schneidet das Rohr auf sein endgültiges Maß. Step 4: Das fertige Rohr wandert in die Endkontrolle und danach in die Lackiererei.

Der gordische Knoten

Wir wussten, wo wir hin wollten. Wir wussten, wie wir die perfekten Rahmenrohre fertigen würden. Aber die Antwort auf die Frage, wie am Ende die perfekte Verbindung dieser Rohre aussehen würde, stand auf einem ganz anderen Blatt ...

Wenn das Ziel 100 % Performance ist, dann ist der Weg dorthin 100 % Qualität. Und wenn das Ziel 100 % Qualität ist, dann ist der Weg dorthin 100 % Prozesskontrolle. In diesem hochprozentigen Spannungsfeld haben wir uns bewegt, als es darum ging, die Knotenpunkte des impec-Rahmens zu definieren.

Gesucht war eine Lösung, die alle Anforderungen, die wir für das impec in puncto Gewicht, Steifigkeit und Qualität definiert hatten, mit Bravour erfüllt. Bei den Rahmenverbindungen stellte das unsere Ingenieure vor besondere Herausforderungen, denn die Lösung, für die wir uns letztlich entschieden haben, war noch nicht einmal ansatzweise zu erkennen, als wir mit der Entwicklung begannen.

Konstruktion, Material und Herstellungsprozess. Diese drei Aspekte der Rahmenverbindungen bildeten den gordischen Knoten des impec, der mit herkömmlichen Ideen nicht zu entwirren war. Alles schien unlösbar miteinander verbunden. Bis wir irgendwann auf die simple Idee kamen, die Rahmenverbindungen des impec zweiteilig zu gestalten.

Ein sauberer Schnitt führte dann zur impec Technologie Nº 2, dem Shell Node Concept, bei dem die Verbindungen an den Knotenpunkten des Rahmens nicht aus einteiligen Muffen, sondern aus je zwei Halbschalen bestehen. Diese Halbschalen, die so genannten Shells, werden aus einem revolutionären Composite Compound Material gefertigt, sind hochfest und leicht zugleich, verfügen über hervorragende Dämpfungseigenschaften und lassen sich in der Endmontage absolut kontrolliert und präzise mit den Rahmenrohren verbinden.

SNC - Das Shell Node Concept Verfahren

impec Technologie Nº 2 ist das Shell Node Concept – SNC. Mit dieser hochfesten und hochpräzisen Halbschalentechnik sind wir in der Lage, auch die Rahmenverbin-dungen des impec so zu gestalten, dass einer lebenslangen Garantie nichts mehr im Wege steht …

SNC steht für die wahre Revolution beim Bau des impec. Denn SNC versetzt uns in die Lage, auch die Knotenpunkte des Rahmens so zu gestalten, dass eine absolute Prozesskontrolle möglich ist. Drei Aspekte des Shell Node Concept sind dabei von besonderer Bedeutung. Das Design, das Material und der Prozess.

Design
SNC ist mehr als nur eine Technologie. SNC ist auch eine Designphilosophie. Mit der Halbschalentechnik ist uns der konsequente Transfer des BMC Skeleton Konzeptes auf den gesamten Rahmen gelungen. Das impec trägt sein Inneres stolz nach außen – es verschleiert nichts. Entscheidend für die makellose Qualität des impec sind jedoch die inneren Werte der einzelnen Halbschalen. Ihre Rippenstruktur definiert die Verbindungspunkte zu den Rahmenrohren absolut präzise, innere und äußere Geometrie der Shells sind belastungsoptimiert ausgelegt.

Material
Möglich wurde SNC erst durch ein neues Composite Compound Material, das sich im Spritzguss verarbeiten lässt und die Qualitäten des Werkstoffes Karbon voll zur Geltung bringt. Das Granulat, das zur Verwendung kommt, besteht aus einem Verbundwerkstoff mit einem hohen Anteil an Karbonfasern.

Mold-Flow-Analyse
Die Ausrichtung der Karbonfasern innerhalb der verschiedenen Shells lässt sich in einem Simulationsprozess, der so genannten Mold Flow Analyse, präzise definieren, bevor die finalen CAD -Daten in den Werkzeugbau gehen. Mit dieser Mold Flow Analyse waren unsere Ingenieure in der Lage, das Innere der Shells sichtbar zu machen. So konnten wir alle für den Spritzguss wichtigen Prozessparameter wie Temperatur, Füllzeit, Fließgeschwindigkeit und Fließverhal-
ten sauber dokumentieren und immer weiter optimieren.

Das offene Design der Shells hat die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass selbst der letzte Arbeitsschritt bei der Produktion des impec-Rahmens, das Verkleben der Shells mit den Rahmenrohren, absolut transparent in einem kontrollierten Prozess abläuft.

Tests und CT
Um die Ergebnisse der Mold Flow Analyse zu verifizieren, wurden im nächsten Schritt die Werkzeuge für den Spritzguss gebaut und Kleinserien der Shells produziert, die wir dann einer Reihe von Tests unterzogen haben. Dazu gehört auch das Scannen der Halbschalen in einem Computertomographen. Denn das CT erlaubt eine genaue Kontrolle der Wandstärken und eine Überprüfung der gesamten Struktur auf mögliche Fehler. Nachdem auch diese Tests erfolgreich absolviert waren, stand der Serienproduktion nichts mehr im Wege.

Die Hochzeit
Um Rohre und Shells hochfest zum Rahmen des impec zu verbinden, werden die Shells zuerst in ein Trägersystem eingesetzt. Nun wird dieser Rahmenträger einer Roboter-Workstation zugeführt. Der hier eingesetzte Roboter ist mit einem optischen Kontrollsystem ausgestattet. Er erkennt jedes einzelne Bauteil und definiert exakt Menge und Position des aufzubringenden Composite-Klebers. Um auch hier die Qualitätsvorgaben zu erfüllen, wird jede Klebestelle noch einmal kontrolliert, bevor Rohre und Shells endgültig den Bund fürs Leben eingehen. Fest eingespannt in das Trägersystem wird der fertige Rahmen anschließend in einem Ofen ausgehärtet und ist nun bereit für die finale Qualitätskontrolle mittels eines statischen Testverfahrens.

das perfekte finish

Das impec unterscheidet sich schon oberflächlich betrachtet vom Rest der Welt. Um Makellosigkeit zu gewährleisten, wird sein Rahmen aus garantiert fehlerfreien Einzelteilen zusammengefügt und bedarf keiner Nacharbeit. Sämtliche Komponenten werden einzeln gefinisht und kontrolliert und danach erst für die Endmontage freigegeben.

Die digital gesteuerte Lackieranlage, in der Shells und Rahmenrohre des impec auf Hochglanz getrimmt werden, entspricht absolut dem State of the Art, die Lackierung des impec erfüllt alle Umweltauflagen und Qualitätsvorgaben einwandfrei. Das geschlossene System verfügt über eine sehr effiziente Nassabscheidung, erzeugt wenig Overspray und arbeitet mit modernen, lösungsmittelarmen Lacken. Für das perfekte Finish sorgt dabei ein „Hollow-Wrist“, ein besonders beweglicher Hohlarm-Lackierroboter, der die Rahmenkomponenten des impec in mehreren Schichten nass in nass lackiert. Diese Verarbeitung garantiert optimale Haftung zwischen den einzelnen Lackschichten und damit beste Qualität.

Nach der Lackiererei trennen sich die Wege von Halbschalen und Rahmenrohren noch einmal. Während die Shells nur lackiert werden – ihr Job ist es, die konstruktiven Merkmale des Rahmens optisch zu betonen – wandern die Rahmenrohre in die Druckerei. Hier erhalten sie den finalen Touch. Hier bekommt das impec sein Branding. Für das grafische Finish des impec war der Tampondruck von Anfang an erste Wahl. Diese Drucktechnik ist das einzige vollautomatisierbare und industrialisierbare Verfahren zur Bedruckung von komplexen Oberflächen – wie zum Beispiel den Rahmenrohren des impec. Das Ergebnis ist qualitativ betrachtet mit einer Lackierung vergleichbar. Der Tampondruck fügt sich damit perfekt in die Fertigungsphilosophie des impec ein. Das Verfahren zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass die Trägerkissen, die so genannten Tampons, die aufgetragene Farbe zu 100 % an die zu bedruckende Fläche abgeben. Der präzise Farbdruck ist äußerst resistent gegenüber Umwelteinflüssen und Kratzern.

qualität von a bis z

Die Qualität, die wir beim impec erreichen, ist weltweit einzigartig. Sie ist das Resultat totaler Kontrolle vom ersten bis zum letzten Arbeitsschritt. Allein bei der Herstellung der Rahmenrohre im Load Specific Weave Verfahren werden mehr als 60 verschiedene Prüfparameter dokumentiert und analysiert. Das Ergebnis sind Karbonrohre, die keiner Nacharbeit bedürfen und die keine Lufteinschlüsse oder Mängel in der Karbonstruktur aufweisen.

Ähnliches gilt bei der Produktion der Rahmenverbindungen des impec nach dem Shell Node Concept, für die Lackierung der Rohre und Shells, für die Bedruckung und vor allem auch für die Endmontage des Rahmens. Fehlerhafte Teile? Fehlanzeige. Garantiert.

Wenn der letzte Produktionsschritt abgeschlossen ist, wird jeder einzelne impec-Rahmen mitsamt Gabel einem statischen Belastungstest unterzogen, in dem er sich steif und fest behaupten muss. Das Protokoll einer anschließenden Vermessung gibt endgültig Aufschluss darüber, ob der Rahmen die extremen Qualitätsvorgaben für das impec erfüllt.

Außerdem werden der Produktion immer wieder Stichproben entnommen, die wir so genannten Funktionalitätstests unterziehen, die alle eines gemeinsam haben: sie hauen auch den stärksten Rahmen um. Ziel dieser kontrollierten Zerstörung sind Daten über die maximale Belastbarkeit des impec, die uns auch gleichzeitig Aufschluss darüber geben, ob der Gesamtprozess weiterhin auf Null-Fehler-Kurs liegt. Absolut konsequent, absolut impec.