Leichtbau mit Naturmaterialien
Frank Möller, Dipl.Ing. Flugzeugbau
Auf dieser Seite zeige ich einige meiner Entwicklungsprojekte der letzten Zeit. Als Flugzeugbauingenieur war ich in vielen unterschiedlichen Bereichen als Konstrukteur, Wissenschaftler und als Werkstattleiter für Segelflugzeuge tätig.
Meine Entwicklungen haben immer das Ziel, Ressourcen- und Energieverbrauch zu reduzieren und ökologisch bedenkliche Materialien durch umweltverträgliche Werkstoffe zu ersetzen. Für die Herstellung von Carbon wird beispielsweise mehr als 20 mal so viel Energie benötigt wie zur Herstellung der gleichen Menge Birkensperrholz. Carbonreste können nur als Sondermüll entsorgt werden (siehe hier: Ist Carbon nachhaltig? (+ 5 Fakten zu seiner Nachhaltigkeit) (citizensustainable.com). Dagegen kann aus Holzresten sehr einfach Energie gewonnen werden. Deshalb sollte man Carbon wenn überhaupt nur sehr sparsam einsetzen.
Vorteile von Holz als Leichtbauwerkstoff:
- Spezielle Hölzer haben eine geringe Dichte bei hoher Stabilität und Festigkeit
- Holz ist stoß-, schwingungsdämpfend, sowie wechsellaststabil
- bei der Produktion von Holzbauteilen muss nur ca. 5% Primärenergie gegenüber herkömmlichen Leichtbaumaterialien wie Carbon oder Aluminium eingesetzt werden
- Bäume entziehen der Atmosphäre in der Wachstumsphase viel CO2 und bindet dies
- Holz ist einfach zu recyclen oder mit Energiegewinn thermisch zu verwerten
- Holz ist nachwachsend, umweltverträglich und hat eine schöne, einzigartige Zeichnung
Wie die folgenden Beispiele zeigen, kann mit Holzwerkstoffen sehr leicht und nachhaltig gebaut werden. Man muss nur wissen wie.
Woodbike, nachwachsend, nachhaltig und optimal in der Funktion
- Kofferraum im Rahmen (6 Liter)
- sehr geringes Gewicht (13 kg)
- leichter Lauf
- Hinterradfederung
- elastischer Holzlenker
- langlebig durch Qualitätshölzer und hochwertige Klebstoffe,
- UV-beständiger Naturlack
- rostfreie Metalle für die Beschläge
Technische Daten
- Rahmenmaterial Furnierhölzer (europäischer Herkunft)
- Woodbikegewicht 13 kg
- Reifengröße 28 Zoll, 622x30 mm
- Sattel-Rahmenrohrwinkel 72°
- Rahmenhöhe 405 mm
- Abstand Lenker Sattelrohr 590 mm
- Höhe Obergurt am Sattelrohr 700 mm
- Höhe Obergurt Lenkkopflager 900 mm
- Dämpfer Monoblockelastomer 40 x 50 mm
- Shimano Komponenten: Radnabe, Schaltwerk, Brems- Schalthebel
- XLC Komponenten: Steuersatz (HS-SO3), Vorbau (ST.T02 Alu), Pedale (MTB Ultralight), Grille (L Hitch), Bremsen (Road Brake)
Holzkomponenten (Gewicht, Holzwerkstoff): Rahmenkorpus (2900 g, Birkenfurnierholz); Hinterradschwinge (1330 g , Birke-Kiefer Schichtholz); Gabel (950 g, Ahorn-Birke Furnierholz); Gepäckträgereinheit (700 g, Birkenfurnierholz); Seitendeckel (50 g, Birkenfurnierholz); Kettenschutz (25 g, Ahorn Furnierholz); Lenker (155 g, Buche); Ständer (120g , Buche)
Antriebssystem Wiesel
Extrem leicht und energiesparend
Technische Daten
- Antriebsmotor 24 V Discmotor
- Spannung/Leistung 24V / 120W
- Kraftübertragung Reibrolle - Felgeninnenseite
- Motorgewicht 780 g
- Absicherung Thermo-, Überstromsicherung
- Akkutyp Lithium Ionen
- Leistung 24 V / 8 Ah
- Akkumaße 147x75x55 mm
- Akkugewicht 1100 g
- Ladegerät 2 A / 210 g
- Schalthebel Shimano Duro SR
- Gesamtgewicht 2100 g
Faltrad
Ziel der Entwicklung war ein Faltrad zu bauen mit dem mühelos eine Strecke von 15 Kilometern mit einer Geschwindigkeit von 20 km/h zurückgelegt werden kann. Das Rad ist sehr leicht (< 8 Kg) und hat ein sehr kleines Packmaß (800x300x140 mm). Auf- und Abbau dauert ca. 2 Minuten.
Das geringe Gewicht resultiert durch den nachhaltigen Leichtbau mit Holzwerkstoffen im zentralen Rahmenbauteil und beim Lenker, sowie durch hochfeste, dünnwandige Aluminiumrohren für die anderen Rahmenteile.
(Schutzrecht 20 2023 002 017, IPC: B62K 15/00)
Extrem kleines Packmaß
Das geringe Packmaß ergibt sich einerseits durch kleine 12 Zoll Räder, und andererseits dadurch, dass die Räder in den Rahmen hineingeklappt werden. Die anderen Komponenten wie Lenker, Sattel, Sattelrohr, Lenkerrohr können individuell verstaut werden z.B wie hier gezeigt. In dieser Packweise dauert Auf- und Abbau nur ca. 2 Minuten.
Zwischengetriebe
Durch das Zwischengetriebe ist eine zügige Fahrgeschwindigkeit von 20 km/h bei einer Umdrehungstretfrequenz von 1 Umdrehung/sec. möglich. So sind auch längere Fahrwege machbar,
Hilfsmittel für querschnittsgelähmte Personen
Trainingsgerät für Arme und Beine in Liegestellung
Für querschnittsgelähmte Personen sind Bewegungsaktivitäten besonders wichtig, um Folgeerkrankungen durch Bewegungsmangel zu vermeiden. Bei diesem Trainingsgerät kann der Patient sowohl mit Motorunterstützung als auch ohne Antrieb Arme und Beine im Liegen bewegen. Die Griffe können aber auch losgelassen werden und der Antriebsmotor übernimmt die Bewegung der Beine. Dadurch ist das Gerät vielseitig einsetzbar. Das überwiegend aus Holzwerkstoffen gefertigte Gerät ist sehr leicht und lässt sich schnell und einfach aufbauen.
(Schutzrecht 20 2022 001 737, IPC: A61H1/00)
Rutschbrett mit herausziehbarem Rutschtuch
Querschnittspatienten benutzen häufig Rutschbretter, um von einer Liege- oder Sitzgelegenheit zur Anderen überzusetzen. Wenn z.B. mit nackter Haut übergesetzt werden soll, ist dies ohne ein Rutschtuch schlecht möglich. Die Rutschtücher sind meist zu groß oder sie liegen ungünstig und nicht direkt zwischen Patient und Rutschbrett. Abhilfe schafft da das Rutschbrett in Holzbauweise mit herausziehbarem Rutschtuch. Hier liegt das Rutschtuch zwangsläufig immer zwischen Brett und Patient.
(Schutzrecht 20 2022 001 009 , IPC: A61G7/14)
Siehe auch:
Elektroflieger E-Maus
Der Flügel dieses 120 kg Fliegers wurde vor ca. 40 Jahren in Holzbauweise mit Baumwollbespannung unter anderem von mir gebaut. Damals hat eine Gruppe von Segelfliegern aus unserer Region insgesamt 3 dieser UL-Flugzeuge (Mitchell Wing) gebaut und zugelassen. Den Umbau zum Elektroflieger habe ich 2018 durchgeführt. Die E-Maus mit einem 12 KW Motor kann als Segler geflogen werden und hat einen Gleitwinkel von 1:20. Das Gesamtleergewicht beträgt 115 kg. Im reinen Motorflug kann 45 Minuten geflogen werden. Der Stromverbrauch beträgt nur 5 KWh pro Stunde oder 1,5 Euro/Stunde.
Woodboard
Das Woodboard lässt sich von 2,6 m auf 3,2 m verlängern und ist so für fast alle Windverhältnisse geeignet. Es ist schmal und auf Speed ausgelegt. In der langen Variante ist es auch bei Schwachwind unschlagbar schnell ("Länge läuft").
LNS
LNS ( Light-Natural-Sandwich) habe ich ab 1990 beim Fraunhofer Institut für Holzforschung entwickelt. Das Leichtbausandwichmaterial besteht zu 95% aus Nachwachsenden Werkstoffen. Ziel war es, Kunststoffverbundwerkstoffe durch diese umweltverträgliche Variante zu ersetzen. Das Material wurde im Technikumsmaßstab produziert. Zu einer Großproduktion ist es wegen mangelndem Interesses an umweltverträglichen Leichtbaumaterialien in der damaligen Zeit nicht gekommen. Für die Entwicklung habe ich trotzdem 1994 den Niedersächsischen Umweltpreis bekommen.
Triarrhena
Für den Tubuskern von LNS habe ich im Rahmen eines Forschungsprojektes bei der FAL Triarrhenarohr angebaut. Die Pflanzen müssen einmal gepflanzt werden und können dann jährlich geerntet werden. Das Rohr ist sehr gerade, hat eine geringe Dichte und an der Basis einen Durchmesser von ca. 30 mm . Das Rohr wächst pro Jahr auf eine Höhe von 5 Metern .
Segelfliegen mit Ka-6CR
Segelfliegen seit 1974. Gerne Wandersegelfliegen von Norddeutschland bis in die Alpen und zurück. Die Ka-6 CR ist ein Holzflugzeug mit einem Gleitwinkel von 1:29, Baujahr 1960. Wie man sieht, ist Holz auch noch sehr langlebig wenn man es richtig behandelt. Das Leergewicht beträgt 200 kg und ist damit deutlich geringer als bei "modernen" Kunststoffsegelflugzeugen. 1976 bin ich mit diesem Flugzeug Deutscher Juniorenmeister im Segelfliegen geworden.
Woodbike + Wiesel
Mit dem Woodbike mit Wiesel Antriebssystem fahren wir große Strecken. Zum Beispiel nach Amsterdam und zurück (insgesamt 800 Kilometer in 7 Tagen) oder von Didderse nach Schweden über Polen und zurück. Urlaub nur mit dem Rad und trotzdem andere Länder sehen.
Baumhaus
Baumhaus aus Holzsandwichmaterial mit guter Wärmedämmung.
Wiesel
Klein, leicht und schnell ! Kleiner ist besser - weniger auch !!1
Mit Holzwerkstoffen kann man ultraleicht bauen, und speichert nebenbei noch langfristig CO2 im Produkt. !!!
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