Einleitung

Den richtigen Werkstoff für einen Fahrradrahmen zu finden ist extrem schwierig. Denn was versteht man unter „richtig“? Diese Frage ist eigentlich nicht zu beantworten. Denn die Anzahl der verschiedenen Meinungen über Rahmenmaterialien und -bauweisen ist ungefähr gleich mit der Anzahl an fahrradfahrenden Personen. Dieser Artikel soll eine Einführung in den technischen Hintergrund geben, einige Fachausdrücke erklären, und stellt die gängigsten Rahmenmaterialen vor.

Technischer Hintergrund

Um die verschiedenen Materialien objektiv vergleichen zu können, muß man bestimmte Kriterien einführen um einen Vergleich möglich zu machen. In Radzeitschriften ist zB. immer von der Zugfestigkeit die Rede. Diesen und auch andere Werte will ich nun erklären.

Der Zugversuch

Um die Festigkeit eines Werkstoffs untersuchen zu können, wurde der Zugversuch erfunden. Der Name sagt eigentlich schon, um was es geht. Eine (oft zylindrische) Probe wird an ihren zwei Enden so lange auseinandergezogen, bis es knallt. Die dafür konstruierte Prüfmaschine mißt währenddessen die Kraft die nötig ist um die Probe zu zerreißen. Da jeder Werkstoff sich verformt bis er bricht, wird auch die Verformung laufend gemessen. Wenn ich nun ein Diagramm mit diesen Werten erstelle schaut es zB. so aus: (Der Weg wird üblicherweise auf der x-Achse aufgetragen, die Kraft aus der y-Achse. )

Aus dem Diagramm kann man nun ablesen, daß die elastische Verformung (das heißt, daß keine bleibende Verformung zurückbleibt) nur bis zu der Streckgrenze reicht. Wenn die Zugfestigkeit erreicht wird, dann hat sich das Material bereits gewaltig verformt, was doch eher unerwünscht ist. Die Zugfestigkeit ist also eher von theoretischer Bedeutung, für die Konstruktion wenig zu brauchen. Die Einheit der Zugfestigkeit und der Streckgrenze ist eine einfache Überlegung. Die Probe wird mit einer bestimmten Kraft auseinandergezogen, es wirkt eine Spannung auf das Material. Die Kraft wird in Newton (N) angegeben. (Ein Kilogramm entspricht 9,81N.) Um einen zulässigen Vergleich zu erhalten, muß ich die Kraft über den Querschnitt betrachten. (= Spannung) Also: N/mm² ist die Einheit der Zugfestigkeit bzw. Streckgrenze. Nach erreichen der Zugfestigkeit ist ein Abfall der Kraft bzw. Spannung zu sehen. Warum? Es vermindert sich der Querschnitt der Probe auf einer bestimmten Stelle. (= Einschnüren) Die Spannung über den Querschnitt nimmt zwar weiter zu, da dieser aber immer geringer wird, wird die Kraft, die nötig ist um die Probe zu verformen, immer kleiner.

Nun wissen wir, was der Werkstoff maximal aushält, und ab wann er sich bleibend verformt. (=ab der Streckgrenze). Wenn wir die Verlängerung nach dem Bruch messen, wissen wir auch wie zäh der Werkstoff ist. Dieser Wert wird Bruchdehnung (A) genannt und in Prozent der Anfangsmeßlänge angegeben. Dieser Wert ist auch wichtig, da er für die Sicherheit bei Überlastung wesentlich ist. Ein hoher Wert sichert, daß zB. ein Lenker bei Überbelastung nicht abbricht, sondern sich (bleibend) verformt. Der Lenker ist zwar dadurch auch zerstört, aber ein schwerer Sturz wird vermieden.

Ein für einen Rahmen noch sehr wichtiger fehlt aber noch: Die Steifigkeit, in der Technik Elastizitätsmodul (kurz: E-Modul) genannt, der sich auch aus dem Zugversuch ermitteln läßt. Die Steifigkeit ist ein Maß für die Durchbiegung eines Werkstoffes unter einer Last. Der E-Modul ist werkstoffabhängig, aber nahezu legierungsunabhängig. Ein Balken aus billigstem Baustahl ist daher genauso steif wie ein Balken mit den gleichen Abmessungen aus hochwertigen Werkzeugstahl!

Zusammenfassung

Die Spannung ist in jedem Augenblick des Zugversuches die auf dem Anfangsquerschnitt bezogene Zugkraft. Die Zugfestigkeit ist die Spannung, die sich aus der auf den Anfangsquerschnitt bezogenen Höchstzugkraft ergibt. Die Streckgrenze ist die Spannung, bei der bei zunehmender Verlängerung die Zugkraft erstmalig gleichbleibt oder abfällt. Die Dehnung ist die Verlängerung, bezogen auf die Anfangsmeßlänge. Die Steifigkeit, der E-Modul ist nur vom Werkstoff, aber nicht von der Legierung abhängig.

Konstruktion

Anforderungen an das Rahmenmaterial - Welche Materialeigenschaften sind für einen Fahrradrahmen wichtig?

Steifigkeit: Die Steifigkeit eines Rahmens ist wohl eine der wichtigsten Größen. Womit kann ich nun die Steifigkeit erhöhen? Ich kann einerseits ein Material nehmen, das von sich aus sehr steif ist, das heißt, daß es einen hohen E-Modul besitzt. Stahl besitzt unter den Metallen die für einen Fahrradrahmen geeignet sind, wohl den höchsten E-Modul, ist also der steifste Werkstoff. Die für die Steifigkeit eines Rohres ausschlaggebende Größe ist allerdings nicht das Material (E-Modul), sondern der Durchmesser. Der Durchmesser geht bei einer Steifigkeitsberechnung eines Rohres mit der dritten Potenz!!!, der E-Modul jedoch nur linear ein. Darum sind Aluminiumrahmen deutlich steifer als Stahlrahmen. Die geringe Dichte von Aluminium läßt es zu, daß die Rohre aufgeblasen werden können, um die Steifigkeit zu erhöhen. Doch warum kann ich ein Stahlrohr nicht einfach genauso dick machen? Der Grund ist der, daß ich dann die Wandstärke radikal verringern müßte, die Beulgefahr wäre zu groß. (= Cola Dosen Effekt).

Festigkeit: Die Festigkeit eines Rahmens ist meistens hoch genug, da der klassische Diamantrahmen von der Bauform her bereits festigkeitsoptimiert ist. Durch Überbelastungen kann es natürlich trotzdem zu einem Versagen kommen. Wichtig für einen stabilen Rahmen ist das Ausnützen der Diamantform, fließende Übergänge und wenig Spannungsspitzen, also saubere Schweißnähte ohne Kerben und Stufen, sowie sinnvolles Einsetzen von Verstärkungsblechen, und Ausnützen der natürlichen Elastizität des Werkstoffes, sowie der Konstruktion.

Es gibt keinen Rahmen der alles aushält. Wenn Überbelastungen - meistens durch Fahrfehler - auftreten, so muß ein Bauteil nachgeben. Solange dies im elastischen Bereich geschieht, merkt der Fahrer davon nichts. Soblad aber ein Bauteil plastisch nachgibt, sich also verformt, ist das Bauteil beschädigt. Schlimm sind natürlich Risse, die vermehrt dann auftreten, wenn ein Werkstoff mit geringer Zähigkeit verwendet wird, oder das Bauteil vorgeschädigt war, zB. durch fehlerhafte Schweißnähte, fehlerhafte Verarbeitung, falsche Konstruktion, Dellen oder Bohrungen. Den typischen "Materialfehler" gibt es praktisch nicht mehr. Sämtliche im Rahmenbau verwendeten Materialien können für sich als fehlerfrei angesehen werden.

Dauerfestigkeit: Für Fahrradrahmen praktisch ohne Bedeutung, aber kurz erklärt: Sämtliche Metalle verlieren durch Beschädigungen an der Oberfläche - Mikrorisse - laufend an Festigkeit. Nur Stahl gilt als Dauerfest, da bei einer gewissen Anzahl an Lastwechseln Stahl nicht mehr an Festigkeit verlieren kann, alle anderen Metalle jedoch schon. Diese Anzahl an Lastwechseln wird Dauerfestigkeitsgrenze genannt. Sie ist allerdings so hoch, daß sie selbst für Rennfahrer nicht interessant ist.

Gewicht: Bei der Auswahl eines Rahmens ist der gesunde Menschenverstand in dieser Hinsicht sehr wichtig. Unglaubliche Rahmengewichte von1300gr und weniger schreien nach einer Überprüfung. Folgendes sollte man immer im Auge behalten: 1. Die Hersteller kochen auch nur mit Wasser. 2. Zauberei existiert nicht. 3. Heliumfüllungen bringen höchstens 10 Gramm und fallen somit aus. ;-)

Jedes Gramm weniger kostet meistens entweder Steifigkeit oder Festigkeit oder beides. Gewichte die für XC Renneinsatz sinnvoll sind (MTB Hardtail, RH: 48cm, ca.): Stahl: 1900-2000gr, Aluminium: 1800 -1900gr; Titan: 1600-1800gr, Carbon (je nach Konstruktion): 1500-1800gr

Korrosionsschutz: So schön polierte Aluminiumrahmen auch sind: Sie benötigen viel Pflege, da Salzwasser in Form von Schweiß, isotonischen Getränken, Salzstreuung, etc. das Material angreifen und schwächen. (Randbemerkung: Besonders das im Rahmenbau nicht verwendete AL-7075 muß unbedingt geschützt werden.) Eine Oberflächenbehandlung ist also notwendig. Eloxieren ist zwar sehr hübsch und auch funktionell, hat aber zwei Nachteile: 1. Es ist sehr umweltschädlich. 2. Die ätzende chemische Vorbehandlung (Beizen) muß restlos (wirklich restlos) entfernt werden, da die Festigkeit darunter leidet. Stahl rostet bekannterweise, muß also auch geschützt werden. Bei beiden Materialien, Stahl und Aluminium, ist eine Pulverbeschichtung die vernünftigste Variante. Titan ist korrosionsfest und benötigt keinerlei Oberflächenbehandlung. Carbonrahmen sollten zumindest klar lackiert sein, da die Kunststoffmatrix gerne Wasser aufnimmt und dadurch gering an Festigkeit verliert.

Bruchdehnung und Schlagzähigkeit: Was nützt der festeste und steifste Rahmen wenn er nach einmal umfallen kaputt ist? Carbonrahmen haben ein echtes Problem: Durch die geringe Elastizität dieses Werkstoffes, bricht ein Carbonrahmen bei Schlägen sehr leicht, obwohl er von der Festigkeit und Steifigkeit ausreichend stark ist! Dies kann durch größere Dimensionierung oder durch Einlagerung von zäheren Fasern (Kevlar®) wieder entschärft werden.

Konstruktionsweisen

Wie muß ein Rahmen gebaut sein? Dies ist natürlich auch eine Frage des Geschmacks, ich will hier nur die wichtigen Merkmale beschreiben, die einen guten Rahmen ausmachen.

Endverstärken der Rahmenrohre: An den Enden (Fügstellen) der Rohre ist es notwendig mehr Festigkeit zu haben, als in der Mitte. Darum werden Rahmenrohre an den Enden verstärkt. Dies wird auch oft fälschlicherweise als konifizieren bezeichnet. Anlötteile, Gussets, etc. sollten nicht außerhalb der Verstärkungen liegen. Am schlechtesten wäre ein Gusset, das genau bei dem Übergang von der Verstärkung zu dem dünnen Mittelteil liegt. Der Rahmen wäre dann weniger stabil als ohne Gusset!

Konifizieren: Unter Konifizieren versteht man, daß das Rohr konisch ist, sich also im Durchmesser ändert. Verwendung zB. an den Hinterbaustreben. Bei Stahl- und Aluminiumrohren lassen sich das Endverstärken und das Konifizieren auch kombinieren, bei Titan wird dies aus Kostengründen (noch) nicht praktiziert.

Rohrdimensionierung: Wie bereits erwähnt, steigt die Steifigkeit mir der dritten Potenz des Rohrdurchmessers. Daher ist es nur logisch, den Rohrdurchmesser zu erhöhen. Die Grenzen dafür liegen in der Wandtstärke des Rohres. - Beulgefahr siehe nächster Punkt. Der beste Rohrquerschnitt ist meist ein kreisrundes Rohr. Rechteckige Querschnitte besitzen keine Vorteile, sind sogar oftmal schlechter und schwerer, und werden nur als optische "Aufbesserung" verwendet. Nur wenn bestimmte Kraftrichtungen und Belastungen vorwiegen, kann es sinnvoll sein, das Rohr dort zu ovalisieren.

Beulgefahr: Wenn man die bis jetzt erwähnten Konstruktionsmerkmale zusammenfaßt, könnte man glauben ein sehr dickes Rohr mit dünner Wandstärke wäre die beste Wahl. Allerdings lassen sich dicke, dünnwandige Rohre sehr leicht eindellen - Cola Dosen Effekt. Daher muß darauf geachtet werden die Rohrwandstärken nicht zu gering auszuführen. Für Fahrer die bei Stürzen auf Sicherheit setzen wollen, sei folgender Test nahegelegt: Beide Hände auf das Oberrohr legen, mit beiden Daumen gegen eine Stelle drücken. Die Lichtreflexion des Rohres beobachten: Wenn das reflektierte Licht einen Bogen beschreibt, heißt das, das Rohr verformt sich unter der Druckkraft der Daumen. Es kann dann davon ausgegeangen werden, daß das Rohr mit geringer Wandstärke ausgeführt wurde und auf Dellen empfindlich ist.

Natürlich war das nur ein Bruchteil dessen, was es über Rahmen zu sagen gibt. Eines möchte ich noch erwähnen: Unbedingt Testfahren! Das Thema Rahmen ist so komplex, daß es unmöglich ist, nur aus dem Aussehen die Fahreigenschaften des Rahmens zu beurteilen. Allein über Rahmengeometrien könnte man stundenlang philosophieren.

Am besten wäre verschiedene Rahmen aus verschiedenen Materialien auszuleihen, und damit über bekanntes, aber schwieriges Terrain bolzen. Das ist natürlich nicht immer möglich, wer gibt schon gerne einen guten Rahmen her?

Die verschiedenen Materialien in Kürzestfassung

Stahl

Stahl ist der wohl am weitesten verbreitetste Werkstoff. Stahl ist in sehr vielen verschiedenen Legierungen erhältlich. Im Rahmenbau üblich sind Chrom-Molybdän Legierungen, wie 25CrMo4 (in den USA 4130) und ganz selten 34CrMo4 (US 4135), das eine geringfügig höhere Festigkeit besitzt. Ebenfalls selten anzutreffen sind rostfreie Stähle. Hersteller von Stahlrahmenrohren sind zB: Tange, Reynolds, True Temper, Columbus. Nur ein deutscher Hersteller (Potte&Potthoff) bietet rostfreie Rahmenrohre an.

CrMo-Stahl ist ein zäher Vergüstungsstahl mit einer (bei allen Stählen) hohen Steifigkeit und ist daher für langlebige Rahmen besonders geeignet. Die einzige Gefahr für einen Stahlrahmen ist die zu geringe Wandstärke. Sie sollte auf jeden Fall über 0,5mm, bei einem Rohrdurchmesser von 30mm, liegen. Ein kleiner Test am Oberrohr ist nicht von Nachteil. Falls das Oberrohr sich mit beiden Daumen eindrücken läßt, (erkennbar am gespiegelten Licht, das dann einen kleinen Bogen beschreibt) ist die Wandstärke zu dünn. Zu dünn heißt in diesem Fall, daß der Rahmen für den normalen Fahrbetrieb zwar ausreichend steif und fest genug ist, bei einem Sturz jedoch kann das Rohr eingedellt werden. Während bei Stahl kleine Dellen ohne erkennbaren Knick nichts ausmachen, kann von einem Knick im Rohr ein Riß ausgehen, der sich langsam durch das Rohr weiterarbeitet. Das langsame Reißen von Stahl ist ein weiterer Vorteil. Selbst mit einem eingerissenen Oberrohr kann man sicher noch zwei Wochen Renneinsatz bestreiten. (Und sich währenddessen einen neuen Rahmen aussuchen.) Stahl ist außerdem sehr leicht zu verarbeiten. Er läßt sich problemlos löten und schweißen, selbst kleben ist möglich erscheint aber nicht sinnvoll. Durch die langjährigen Erfahrungen der Hersteller ist es auch möglich exotische Rohrformen wie konifizieren, endverstärken, spiralig verstärken etc. herzustellen.

Die Vorteile von Stahl zusammengefaßt:

Nachteile

Aluminium

Aluminium wird in den letzten Jahren verstärkt im Rahmenbau eingesetzt. Während die ersten Aluminiumrahmen als eher mißglückt anzusehen sind, ist jetzt eine hohe Perfektion erreicht worden. Selbst das Endverstärken von Aluminium Rohren wird einigermaßen beherrscht. Aluminium besitzt ca. 1/3 der Festigkeit von Stahl, etwas unter 1/3 der Steifigkeit, bei etwas unter 1/3 der Dichte. Keine berauschenden Werte, allerdings läßt die geringere Dichte eine größere Dimensionierung zu, was sich wie schon vorher erwähnt, in der Steifigkeit positiv niederschlägt. Ein Problem der Aluminiumrahmen klingt im ersten Moment eher paradox: Die hohe Steifigkeit. Während ein Stahlrahmen permanent bei jedem Tritt und Stoß federt, und durch dieses Nachgeben Spannungsspitzen abbaut, ist dies bei einem Aluminiumrahmen weit weniger der Fall. Ein Aluminiumrahmen muß daher von Haus aus viel fester ausgelegt sein. Ein weiteres Problem stellen die Schweißnähte dar. Aluminium bildet bei Kontakt mit Sauerstoff blitzartig eine Oxidschicht. Diese Oxidschicht ist in der Schweißnaht höchst unerwünscht, sie muß also vor O2 geschützt werden. Dies geschieht durch das sogenannte Schutzgasschweißen. WIG steht für Wolfram Inert Gas. (TIG = engl.: TungstenInertGas) Das heißt, ein Wolframstab wird als nichtabschmelzende Elektrode verwendet, und ein inertes Gas, meist Argon, schirmt die Schweißnaht gegen O2 ab. Zusätzlich wird, im Vergleich zu einer Stahlschweißung, mit Wechselstrom geschweißt, so daß die bereits vorhandene Schutzschicht „weggerissen“ wird. Das Zusatzmaterial wird per Hand zugeführt. Aluminium muß auch gegen Korrosion geschützt werden.

Vorteile

Nachteile

Titan

Titan ist von einem Mythos des ultimativen Rahmenmaterials umgeben. Auch wenn es mir leid tut, etwas von diesem Mythos muß ich zerstören. Ein sehr angenehmer Vorteil von Titan ist die absolute Korrosionsbeständigkeit. Ein Besitzer eines Titanrahmen muß sich über keine Lackschäden etc. aufregen. Weiters sind bestimmte Titanlegierungen hochfest, manche liegen sogar knapp über den im Rahmenbau verwendeten Stählen. Die Nachteile von Titan sind allerdings deren viele: Titan ist ziemlich teuer, und benötigt bei der Herstellung Unmengen von Energie. Es hat zwar eine geringere Dichte als Stahl, (etwas über der Hälfte), aber nur die halbe Steifigkeit. Titanrahmen gehören also eher zu den nachgiebigen Zeitgenossen. Wie auch bei Aluminiumrahmen läßt sich durch die Dimensionierung einiges an Steifigkeit gewinnen. Das erhöht allerdings auch den Preis sowie das Gewicht. Titan ist außerdem auch außerordentlich schwer zu verarbeiten. Das Konifizieren von Titanrohren ist zwar möglich aber aufwendig. Ebenso das Endverstärken von Rohren und wird aus kostengründen sehr oft unterlassen. Weiters ist das Bearbeiten und Zuschneiden der Titanrohre nicht einfach. Besonders knifflig wird es beim Schweißen. Titan bildet ebenso wie Aluminium eine Oxidschicht, die aber bei Hitzeeinwirkung drastisch an Dicke und Härte, aber auch Sprödigkeit, zunimmt. Sauerstoff ist also während des Schweißens von der gesamten Wärmeeinflußzone fernzuhalten. Der Rahmen muß also in Edelgas- oder Vakuumkabinen geschweißt werden. Und das ist sehr teuer.

Vorteile

Nachteile

Magnesium

Wenn von Magnesium gesprochen wird, ist immer von Magnesium-Aluminium Legierungen die Rede. Magnesium wird als Rahmenwerkstoff (zu Recht) gar nicht bzw. nur sehr selten eingesetzt. Es ist zwar sehr leicht, aber auch außerordentlich spröd. Es läßt sich nur sehr eingeschränkt walzen, daher ist die Rohrherstellung nahezu unmöglich. Weiters muß Magnesium gegen Korrosion besonders gut geschützt werden. Im Fahrradbereich kommt Magnesium nur vereinzelt zum Einsatz, ausgenommen Federgabeln, wo die Tauchrohre gerne aus diesen Material gegossen werden. Doch auch als fertiger Teil ist die große Sprödigkeit von Magnesium ein Problem. Dieser Werkstoff bricht ohne Verformung, also ohne Vorwarnung. Besonders Ausfallenden von Federgabeln müssen erstens überdimensioniert, und zweitens sehr sorgfältig gegossen werden.

Vorteile

Nachteile

Beryllium

Nur von rein theoretischer Bedeutung ist der Werkstoff Beryllium. Er wäre der unter den Metallen absolut idealste Werkstoff. Beryllium besitzt die Dichte einer Carbonfaser (sehr leicht!) die Festigkeit von Ti3Al2,5V und die Steifigkeit von Stahl. Faszinierend nicht? Warum wird dieser Werkstoff dann nicht verstärkt eingesetzt? Zuerst einmal ist es ziemlich teuer, es kostet ein wenig mehr als hochwertige Carbonfasern. Zudem ist es giftig. Das erhöht die Verarbeitungskosten (Arbeitsschutz), und macht eine gute Oberflächenbehandlung notwendig. Außerdem ist es schwer zu verarbeiten. Von Konifizieren oder Endverstärken ist nicht einmal die Rede, und Schweißen ist derzeit noch nicht möglich, Beryllium muß in Muffen (meist aus Aluminium) verklebt werden.

Vorteile

Nachteile

Carbon, Kohlefaserverstärkte Kunststoffe, CFK

Einleitung:

Faserverstärkte Kunststoffe werden bereits seit längerem erfolgreich im Sportgerätebau eingesetzt. Während bei herkömmlichen Sportgeräten wie Tennischlägern, Skiern etc. überall wo Carbon draufsteht in Wahrheit Glasfasern drinnen sind (höchstens mit ein paar Prozenterln Carbonfasern), werden bei Fahrradrahmen tatsächlich hauptsächlich Carbonfasern eingesetzt. Die Steifigkeits und Festigkeitswerte die in der Tabelle abzulesen sind, ersetzen einen immer wieder in staunen. Traumhaft! Warum wiegen dann Carbonrahmen mehr als 250gr? Ganz einfach deswegen, weil die Traumwerte der Fasern nur in einer, nämlich der Faserrichtung Gültigkeit besitzen, während die Festigkeits- und Steifigkeitswerte bei Metallen in allen Richtungen dieselben sind. Außerdem müssen die Fasern untereinander abgestützt werden. (Wer kann schon auf einem Pullover fahren?) Dies geschieht durch eine sogenannte Matrix. Dazu können Kunststoffe eingesetzt werden, bei Fahrradrahmen ist dies meist Epoxydharz. Wenn nun eine Kraft nicht in Faserrichtung wirkt, so hält nur die Matrix dagegen, und Epoxydharz wie auch andere Kunststoffe besitzen genau das Gegenteil von Traumwerten. Die Fasern müssen also unidirektional, also in mehreren Richtungen, gelegt werden. Dadurch wird der Gewichtsvorteil zusehends geringer. Außerdem muß der Kräfteverlauf in einem Rahmen genauestens bekannt sein, da überall wo eine Kraft auftritt, Fasern gelegt werden müssen. Dieser Vorgang ist sehr kompliziert und mit hohem Arbeitsaufwand verbunden. Das macht den Rahmen zwar leichter, aber auch teurer. Weiters macht es wenig Sinn, einfach nur Rahmenrohre durch Carbonrohre zu ersetzen. Genauso wie Holz, das eigentlich auch ein faserverstärktes Material ist, muß ein Carbonrahmen weiche Übergänge besitzen, wie wir es von Bäumen gewohnt sind.

Anmerkung: Dieses Prinzip der Spannungsminimierung gilt überall und bei jedem Material. Deswegen machen kunstvoll fachwerkartig ausgefräste (zB.) Kurbelgarnituren nur in einer Vitrine als Austellungsobjekt Sinn.

Grundformen:

Die verschiedenen Verstärkungsfasern kommen in drei Grundformen zum Einsatz: als Strang oder Bündel von Parallelfasern (Rovings), als Gewebe und Geflechte in ihren unterschiedlichsten Formen und als ungerichtete Matten oder Wirrfasern (nur Glasfaser). Neben den genannten Rovings gibt es noch Garne und Zwirne, die durch Verdrehung einzelner oder mehrerer Spinnfäden entstehen. Durch die Verdrehung entsteht ein widerstandsfähiger, in sich fest gebundener Faden, der sich leicht textil verarbeiten (zB. weben) läßt. Rovings: Stränge oder Bündel von Parallelfasern werden Rovings, oder, wenn sie relativ dünn sind, Fäden oder Garn genannt. Die einzelnen Fasern innerhalb eines Rovings oder eines Fadens, die bei Glas ca. 5-15 µm, bei Kohle ca. 7-10 µm und bei Kevlar® ca. 12µm Durchmesser haben, werden Elementfasern oder Filaments genannt. Die Anzahl der Filaments kennzeichnet die Dicke bzw. das Metergewicht des Rovings oder des Fadens.

Carbonfasern

Carbonfasern sind in verschiedensten Ausführungen und Qualitäten erhältlich. Im Rahmenbau werden meist niedrigere Qualitätsklassen verwendet, da hochfeste Carbonfasern mit ca. 3000 ATS/kg schlicht zu teuer sind. Aber selbst normalfeste Carbonfasern sind durch die geringe Dichte noch sehr attraktiv. Carbonfasern sind sehr spröd, deswegen werden Rahmen oder auch anderen Bauteilen zB. Lenkern Aramidfasern (=Kevlar®) beigefügt, die eine größere Bruchdehnung besitzen, und daher nicht sofort brechen.

Vorteile

Nachteile

Aramidfasern (=Kevlar®)

Aramidfasern werden Carbonfasern beigemischt, um die Bruch- und Schlagfestigkeit des Bauteils zu erhöhen. Aramidfasern sind an ihrer gelben Farbe erkennbar. Als Rahmenmaterial sind diese Fasern aufgrund ihres Preis/Festigkeitsverhältnisses nicht sehr attraktiv.

Metal Matrix Composite, MMC

Dieses Material gehört eigentlich zu Aluminium, aber auch zu den faserverstärkten Werkstoffen. Einfach deswegen, weil in einer Aluminiummatrix Fasern oder Partikel zur Verstärkung eingelegt werden. Vor einigen Jahren haben zwei Firmen Produkte vorgestellt: Spezialized mit einem partikelverstärkten Rahmen (Aluminiumoxidpartikel), Univega mit einem borfaserverstärkten Gefährt. Die Festigkeit von Aluminium wird kaum verbessert, die Steifigkeit aber um bis zu 30% laut Hersteller. Diese Rahmen sind allerdings wieder vom Markt verschwunden.

Vorteile

Nachteile

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