Ruckus Composites sind ein Unternehmen aus Portland, Oregon, USA, das sich auf die Prüfung und Reparatur von Carbonfasern spezialisiert hat. Ruckus Composites wurden 2008 gegründet und haben seitdem über 13.000 Fahrräder geprüft und mehr als 6000 repariert. Das Unternehmen arbeitet mit professionellen Rennteams und Fahrradgeschäften in aller Welt zusammen.
Shawn Small, der Besitzer des Unternehmens, hat einen Abschluss in Maschinenbau der University of Wisconsin-Milwaukee. Er untersucht und arbeitet seit mehr als einem Jahrzehnt mit Carbonfasern.
Vor etwa vier Jahren investierte Shawn in einen 45MG Ultraschalldickenmesser von Olympus für die Prüfung, Untersuchung und Qualitätskontrolle von Hightech-Carbonfasern. Wir sprachen mit ihm, um mehr über seine Arbeit zu erfahren.
Prüfung von Hightech-Fahrrädern mit Ultraschalldickenmesser
Aus Liebe zur Fahrradtechnologie haben sich Ruckus Composites als Forschungslabor einer Mischung aus Wissenschaft, Technik, Design und Werkstoffkunde für Fahrräder aus Carbonfasern verschrieben.
Der Arbeitsablauf beinnt mit der Verwendung des 45MG Dickenmessers für Ultraschallprüfungen und Schadensfeststellung. Das Gerät für die zerstörungsfreie Prüfung wird verwendet, um Delaminationen im Inneren zu erkennen. Es kann die Struktur der Verbundwerkstoffschichten im Inneren eines Fahrradrahmens erkennen, ohne dass der Rahmen getrennt werden muss.
Schadensfeststellung bei einem Carbon-Rahmen mit dem 45MG Dickenmesser
Carbonrahmen sind komplex und von unterschiedlicher Qualität. Ruckus Composites verwenden für Rahmenreparaturen Carbonfasern, wie sie auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt werden. Mit einem 3D-Drucker werden eigene Formen modelliert und eigene Web- oder unidirektionale Carbonfasermaterialien für Reparaturen von Rohren (z. B. Ausfallenden, Tretlagerschalen und Sitzstreben) additiv hergestellt.
Mit eigenen Materialien kann Ruckus Composites ein Fahrrad strategisch so verstärken, dass es etwa 10 % stärker ist als das Original. Nach der Reparatur des Carbon-Rahmens wird er aus Sicherheits- und Qualitätsgründen erneut mit dem 45MG Dickenmesser von Olympus geprüft.
In der Nebensaison führen Ruckus Composites häufig interne Tests an eigenen Materialien durch, indem sie eigenen Rahmenrohre rollen und diese dann wiederholt brechen und reparieren.
Das Unternehmen katalogisiert auch jedes geprüfte Fahrrad. Anhand dieser Daten lassen sich sogar eigene statistische Modellierungen durchführen.
„So können wir einen Bericht zu einem bestimmten Fahrrad mit Modell und Jahr erstellen und sehen, was kaputt war“, erklärte Shawn Small in einem Interview zum Prüfprozess auf dem amerikanischen Fernsehsender FOX 12 Oregon.
Der Weg zum 45MG Dickenmesser von Olympus
Es kann schwierig sein, Anzeichen vorhandener Schäden an einem Carbon-Fahrradrahmen zu erkennen, da sich unter dem Lack häufig Risse in Carbonfasern verbergen. Vor der Integration des 45MG Dickenmessers von Olympus in das Ultraschallprüfverfahren führte Ruckus Composites die Prüfungen von Fahrradrahmen mit herkömmlichen Methoden und anderen zerstörungsfreien Prüftechniken (ZfP) durch. Dazu gehörten:
Sichtprüfung: Ein kleines Detail, wie z. B. eine Lackabsplitterung am Fahrradrahmen, könnte auf einen Riss hinweisen, daher sind Sichtprüfungen nützlich, um Delaminationen an der Oberfläche und den Kanten von Materialien zu erkennen.
Klopftest: Bei dieser Methode wird mit einem Hammer oder einem harten Gegenstand sanft gegen das Material geschlagen, um anhand des resultierenden Klanges eine Delamination zu finden. Ein klarer Ton in laminierten Verbundwerkstoffen deutet auf eine gut Bindung im Material hin. Im Gegensatz dazu kann ein dumpferer Ton auf vorhandene Delamination hinweisen (der Fehler dämpft das Signal).
Bei Sichtprüfung und Klopftest können jedoch menschliche Fehlern auftreten und hängen von der Seh- oder Hörfähigkeit des Prüfers ab.
Eindringprüfung:Dies ist eine Methode zur Erkennung von Oberflächenrissen durch das Auftragen von Farbeindringmittel oder fluoreszierendem Eindringmittel. Fluoreszierendes Eindringmittel muss unter abgedunkelten Bedingungen bei ultraviolettem Schwarzlicht aufgetragen werden. Dann muss das Eindringmittel entfernt werden. Schließlich muss eine Entwicklerflüssigkeit aufgetragen werden.
Das Prüfmaterial muss zunächst sorgfältig gereinigt werden, da das Eindringmittel sonst nicht ausreichend in den Riss eindringen kann. Wenn das Eindringmittel von der Oberfläche nicht vollständig entfernt wird, bevor Entwicklerflüssigkeit aufgetragen wird, führt dies zu unklaren Anzeigen.
Keine dieser Methoden lieferte die Genauigkeit, die für die Prüfung und Reparatur von Fahrrädern aus Carbonfasern erforderlich ist. Daher wandte sich Ruckus Composites an Olympus, um eine neue Lösung zu finden.
Lösung einer vielschichtigen Herausforderung für die Ultraschallprüfung mit dem 45MG Dickenmesser
Vor der Umstellung auf den 45MG Dickenmesser von Olympus führte Ruckus Composites mehrere Gespräche mit dem Ingenieurteam von Olympus. Sie schickten auch Proben ihrer High-End-Fahrradteile zur Bewertung an Olympus. Anfangs war es etwas schwierig, brauchbare lesbare Messwerte zu erhalten.
„Fahrräder stellen eine spezifische und vielschichtige Herausforderung für die Ultraschallprüfung dar. Es gibt deutliche Unterschiede in Material und Geometrie, die dem Laien unbekannt sind. Deshalb braucht man auch Fachkenntnisse über die Konstruktion von Fahrrädern“, sagte Shawn Small.
Ruckus Composites arbeitete mit einem regionalen Vertriebsmitarbeiter von Olympus zusammen, um einen längere Miete eines 45MG Geräts zu arrangieren, damit sie die notwendigen Tests und Untersuchungen durchführen konnten.
Shawn Small erklärte: „Die meisten unserer Untersuchungen und Auswertungen werden intern durchgeführt. Informationen zu Fahrrädern aus Verbundwerkstoffen sind einfach nicht zugänglich. Glücklicherweise können wir alle unsere Referenzkörper (Amplitude, Abstand, Porosität usw.) selbst herstellen, um die Vergleichsteile zu produzieren, die wir benötigen.“
Nach einer erfolgreichen Bewertungsphase wurde der tragbare 45MG Ultraschalldickenmesser von Olympus in das Verfahren von Ruckus Composites integriert, um zerstörungsfrei Schäden im Inneren von Verbundwerkstoffschichten eines Rahmens zu erkennen.
Shawn Small, Eigentümer und leitender Ingenieur von Ruckus Composites, zeigt einen A-Bild-Messwert auf dem 45MG Dickenmesser, während er eine Ultraschallprüfung eines Carbon-Rahmens durchführt. Dieser Messwert zeigt die Höhe der empfangenen Ultraschallenergie als Funktion der Zeit an.
So erkennt der 45MG Dickenmesser Schäden im Inneren von Fahrradrahmen
Für die, die es nicht wissen, misst der 45MG Ultraschalldickenmesser präzise die Laufzeit eines Schallimpulses des Messkopfs durch das Material.
Bei Verbundwerkstoffen wird die Schallenergie von den verschiedenen Korngrenzen zwischen den Fasern im Verbundwerkstoff gestreut. Das Gerät kann unregelmäßige Streuungen im Material erkennen und sendet entsprechende Signale zurück an den Prüfer.
Ultraschallmessgeräte messen die Laufzeit eines Schallimpulses, der von einem kleinem Messkopf erzeugt wird, in einem Prüfteil, der von der Innenfläche oder der Rückwand reflektiert wird.
Mehr über die Wissenschaft hinter der Technik erfahren Sie im Tutorial für Dickenmessung oder im FAQ Ultraschallprüfung – Allgemeine Fragen.
Mechanik der Materialien: Vor- und Nachteile von Carbon-Rahmen
Unerkannte Risse in einem Fahrradrahmen oder einer Fahrradkomponente aus Carbonfasern können für Radfahrer katastrophale Folgen haben. Wenn die Konstruktion, die Ihren Körper trägt, unter Ihnen auseinanderbricht, kann dies zu potenziellen Verletzungen führen.
Welche Vorteile haben Carbon-Fahrradrahmen?
Carbonfasern sind erheblich leichter als Aluminium, Stahl oder sogar Titan. Die geringere Dichte des Carbonfasermaterials absorbiert Vibrationen, die durch den Untergrund verursacht werden, anstatt sie zu übertragen. Dies ermöglicht eine komfortable Fahrt. Verbundwerkstoff kann auch so geformt werden, dass er aerodynamische Widerstand reduziert wird. Dieser Widerstand ergibt sich aus der Geschwindigkeit im Quadrat, d. h. je mehr diese Kraft reduziert wird, desto schneller ist der Radfahrer.
Ruckus Composites finden, dass ein Carbon-Rahmen, aufgrund der praktisch unendlichen Lebensdauer und Reparaturfähigkeit eine der besten Investitionen in ein Fahrrad ist. Auch wenn die Investition höher ist, hält der Rahmen jahrelang.
Zum Beispiel erklärte Shawn Small, dass ein Carbon-Fahrrad für 10.000 USD 20 Jahre halten kann und so oft umgebaut werden kann, solange dies sicher ist. Bei Metall-Rahmen hingegen kann eine Reparatur aufgrund des verwendeten Materials zu teuer sein.
Kostenanalyse: Nutzen der Ultraschallprüfung für Fahrräder
Ruckus Composites setzte den 45MG Ultraschalldickenmesser schon zur Prüfung von Tausenden Fahrrädern ein.
„Wir verwenden den 45MG von Olympus andauernd, sodass er sich schnell amortisiert gemacht hat“, sagte Shawn Small. „Der 45MG ist zu einem festen Bestandteil unserer täglichen Arbeit geworden.“
Shawn Small prüft einen Carbon-Rahmen mit dem 45MG Dickenmesser.
Er kann eingesetzt werden, um die Gefügeintegrität sichtbar zu machen, die für das menschliche Auge unsichtbar ist. Dies bietet einen großen Vorteil, um qualitativ hochwertige Dienstleistungen zu gewährleisten.
„Es ist wirlich überraschend, wie wenige Schäden am Fahrrad sichtbar sind“, sagte Shawn. „Wir verwenden den 45MG zur Bewertung der strukturellen Integrität des Verbundwerkstoffs. Er ermöglicht uns auch den Reparaturprozess für Verbundwerkstoffe genau auszuarbeiten.“
Shawn Small fuhr fort: „Dies hilft uns, die Qualität unserer Dienstleistungen sicherzustellen. Zum Beispiel kann der Fahrradrahmen an einer unbeschädigten Stelle zum Vergleich gemessen werden, um die Laminatdicke zu bestimmen. Anhand dieser Daten weiß unser Techniker, wie viel Material auf die beschädigte Stelle aufgetragen werden muss.“
Ruckus Composites berechnen 250 USD für eine komplette Prüfung von Fahrradrahmen und -gabel und sie schreiben 100 USD gut, wenn der Kunde den Rahmen nach der Prüfung reparieren lässt. Die durchschnittlichen Reparaturkosten belaufen sich auf 500 USD, einschließlich Neulackierung.
Shawn Small erklärte den unkomplizierten Reparaturprozess.
„Wir erkennen die beschädigten Stellen mit dem 45MG und entwerfen dann einen Reparaturplan für den Verbundwerkstoff. Wir entfernen alle beschädigten Carbonfasern und tragen neue Carbondfasern basierend auf der festgelegten Laminatdicke auf. Wir härten die Struktur mit einem Vakuumsack und einem Ofen und restaurieren dann alle Farben und Grafiken in der Werkstatt“, sagte Shawn Small.
Shawn Small schätzt den 45MG Dickenmesser auch wegen seiner Portabilität und Benutzerfreundlichkeit.
„Der 45MG Dickenmesser von Olympus ist ein einfaches Gerät und das macht seinen Wert aus. So schleppt man nichts Unnötiges oder Größeres mit sich herum, wenn man es nicht braucht“, sagte Shawn.
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Ultraschallprüfung – Allgemeine Fragen
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