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Fahrradrahmen aus Faserverbundwerkstoffen gelten bisher als Sackgasse für die Kreislaufwirtschaft. Epoxidharz vernetzt irreversibel, ein werkstoffliches Recycling ohne Qualitätsverlust ist nicht möglich. Ein Forschungsteam der Hochschule Mittweida geht einen anderen Weg.
Das Problem mit herkömmlichen Faserverbundrahmen
Hochwertige Fahrradrahmen in Leichtbauweise entstehen heute überwiegend im Resin-Transfer-Moulding-Verfahren. Dabei wird Gewebe mit Epoxidharz getränkt und im Werkzeug ausgehärtet. Das Ergebnis ist leicht und steif. Der Nachteil liegt in der Chemie: Epoxidharz vernetzt beim Aushärten dauerhaft. Eine Rückführung in verwertbare Rohstoffe gelingt nur mit Downcycling, also mit erheblichem Qualitätsverlust.
Für den Massenmarkt, und dazu zählt das Kinderfahrrad, ist das Verfahren ohnehin kaum geeignet. Die Handarbeit treibt die Kosten in ein Preissegment, das bei Kinderrädern nicht akzeptiert wird. Automatisierungspotenzial bietet das klassische Laminierverfahren kaum.
Thermoforming als Fertigungsalternative
Das Projekt „StreckFaserKunststoff“ an der Professur für Intelligente Maschinensysteme und Mikromobilität der Hochschule Mittweida verfolgt einen grundlegend anderen Ansatz. Projektleiter ist Prof. Dr.-Ing. Jörg Hübler. Wissenschaftlicher Mitarbeiter Jim Köcher beschreibt das Ziel: einen hochwertigen Rahmen, der sich automatisiert fertigen lässt und dem Cradle-to-Cradle-Prinzip entspricht, also vollständig in den Materialkreislauf zurückgeführt werden kann.
Das Verfahren heißt Vakuumtiefziehen, auch als Thermoforming bekannt. In der Fahrradbranche ist es bisher unüblich. Dabei wird eine thermoplastische Kunststoffplatte, verstärkt mit Naturfasern, unter Wärme und Vakuum in eine dreidimensionale Form gezogen. So entstehen zwei Halbschalen, die anschließend miteinander verschweißt werden und den fertigen Rahmen bilden.
Thermoplast statt Duromer: der Materialunterschied
Der Schlüssel zur Recyclingfähigkeit liegt im Matrixmaterial. Thermoplaste lassen sich unter Wärmezufuhr erneut verformen. Sie vernetzen nicht dauerhaft, sondern behalten ihre Schmelzbarkeit. Das ermöglicht am Ende der Produktlebensdauer eine werkstoffliche Rückführung ohne wesentlichen Qualitätsverlust.
Die Kombination mit Naturfasern verstärkt diesen Vorteil. Naturfaserverstärkte Thermoplaste, kurz NMT oder NFRT je nach Klassifikation, sind in der Automobilindustrie seit Jahren im Einsatz, etwa für Innenverkleidungen. In der Fahrradbranche sind sie Neuland.
Automatisierung als wirtschaftliches Argument
Für Produktionsverantwortliche in der Zulieferindustrie ist der Automatisierungsaspekt besonders relevant. Thermoforming ist ein Serienverfahren. Großserienfertiger aus der Verpackungs- und Automobilindustrie nutzen es seit Jahrzehnten. Werkzeugkosten und Taktzeiten sind in diesem Verfahren gut kalkulierbar. Handarbeit entfällt weitgehend.
Das senkt die Lohnkosten, reduziert die Fehlerquote und macht die Qualität reproduzierbar. Für einen Massenmarktartikel wie das Kinderfahrrad ist das eine Grundvoraussetzung für wirtschaftliche Tragfähigkeit.
Prototyp für 2027 geplant
Einen fertigen Prototyp plant das Team für das Jahr 2027. Bis dahin müssen die Forscher unter anderem die Schweißverbindung der beiden Halbschalen so auslegen, dass sie den mechanischen Anforderungen an einen Fahrradrahmen standhält. Kinderfahrräder unterliegen den gleichen Sicherheitsnormen wie Erwachsenenräder, die Belastungsszenarien sind jedoch anders verteilt.
Relevanz für die Branche
Die Fahrradindustrie steht vor wachsendem regulatorischem Druck. Die EU-Ökodesign-Verordnung greift perspektivisch auch für Zweiräder. Hersteller, die Kreislaufwirtschaft frühzeitig in die Konstruktion integrieren, reduzieren künftige Compliance-Kosten. Der Markt für nachhaltig positionierte Produkte im mittleren Preissegment wächst.
Die Kombination aus automatisierbarer Fertigung, recyclingfähigem Material und wettbewerbsfähigem Preispunkt könnte für Zulieferer der Fahrradbranche und angrenzende Branchen wie Sportgeräte oder Mikromobilität ein übertragbares Fertigungskonzept werden. Ob es sich in der Serienproduktion bewährt, wird der Prototyp zeigen.
Fazit
Das Projekt an der Hochschule Mittweida adressiert ein konkretes Fertigungs- und Materialkonzept: Thermoforming mit thermoplastischer Naturfasermatrix. Die Recyclingfähigkeit ergibt sich aus der Materialwahl, nicht aus Nachbearbeitung. Für Produktionsentscheider in der Fahrrad- und Composites-Branche ist der Prototyp 2027 ein Termin, den es zu beobachten lohnt.
