In der Fahrrad- und E-Bike-Welt gilt Carbon als das High-End-Material - und das nicht ohne Grund. Carbon ist der umgangssprachliche und bekannte Begriff - hochoffiziell bedeutet CFK: Carbonfaserverstärkter Kunststoff. Carbon ist das leichteste Material, welches zur Herstellung von Fahrradrahmen genutzt wird. Seit etwa 1990 wurden die ersten Rahmen aus Carbon gefertigt, jedoch waren es eher geringe Mengen.
Die großen Vorteile dieses Werkstoffes sind das extrem geringe Gewicht und noch dazu die freie Formgebung. Jedoch konnten die meisten Rahmenhersteller diese Vorteile nicht zu einem passenden und vertretbaren Preis ausschöpfen. Erst durch ein neues Herstellungsverfahren und nachdem die Produktion in den Fernen Osten verlegt wurde, machten Carbonrahmen einen großen Schritt nach vorne und etablierten sich vor allem im Bereich sportlicher Fahrräder, also sowohl bei den Rennrädern als auch bei den Mountainbikes.
Gerade, wenn es um Tempo geht, ist Carbon als Material in der Fahrradszene nicht wegzudenken. Es gibt kein anderes Material welches leichter und verwindungssteifer, komfortabler und zugleich aerodynamisch optimierbarer als CFK ist.
Carbon vs. Aluminium: Ein Vergleich
Aluminium vs. Aluminium ist robust und günstig, Carbon leicht und teuer - das sind die gängigen Klischees, wenn es sich um das Material eines Fahrrad- oder E-Bike-Rahmens dreht. Doch ganz so einfach ist es nicht. Als Rahmenmaterial bei Bikes und E-Bikes kommt in der Regel Aluminium 6061 zum Einsatz.
Aluminium: Die goldene Mitte
Am meisten werden Fahrradrahmen aus Aluminium hergestellt, es ist das meist verwendete Material. Es ist perfekter Mix - quasi die goldene Mitte der Materialien. Es hat ein wunderbares ausgewogenes Mittelmaß. Für den sportlichen Bereich leicht und steif genug, aber auch robust genug für Mountainbikes oder Alltags-Fahrrädern, die auch bei schlechtem Wetter standhalten, wo vermehrt Dreck, Sand, Matsch, Regen und Salz den Rahmen wie Sandpapier strapazieren.
Aluminium kann relativ frei geformt werden; so können auch ganz spezielle Anforderungen und Wünsche der Ingenieure umgesetzt werden. Noch dazu ist es im preisgünstigen Segment angesiedelt. Nach der Aluminium-Produktion kann dieser Wertstoff in beliebig viele Varianten geformt werden, ebenso kann man es upcyceln und nachnutzen. Im Prinzip ist ein Alu-Rahmen die „eierlegende Wollmilchsau“.
Carbon: Leicht und kreativ
In aller Munde und State of the Art ist derzeit Carbon, denn es ermöglicht den Herstellern, ihre Rahmen richtig kreativ zu gestalten. Carbon ist vor allem leicht, wodurch stabilere, formschöne Rohre entwickelt werden, ohne dabei das Gewicht noch oben zu treiben. Carbonrahmen können extrem steif sein und übertragen die Kraft mit jedem Tritt direkt, ohne dass sich der Rahmen im Geringsten verbiegt.
Allerdings kann ein besonders steifer Rahmen sehr bockig und unbequem sein, dafür aber auch agil und sehr reaktionsfreudig. Aluminium erfreut sich dank seiner guten Verhältnisse von Steifigkeit zu Gewicht und Kosten zu Nutzen größter Beliebtheit. Aus Aluminium kann man viel leichtere Rahmen herstellen als aus Stahl, und ein Aluminiumrahmen ist in der Regel auch langlebiger als ein Carbonrahmen.
Zwar ist Aluminium längst nicht so robust wie Stahl, dafür ist ein hochwertiger Rahmen aus diesem Material viel leichter, steifer und reaktionsfähiger. Alu-Rahmen wird oft fehlender Fahrkomfort und Materialverwindung nachgesagt, aber diese Vorurteile sind längst widerlegt. Bei modernen Rahmen wird die Geometrie optimal an das leichte Metall angepasst. Ein hochwertiger Alu-Rahmen kann sogar leichter als ein günstiger Rahmen aus Carbon sein.
Durch die Beliebtheit von Aluminium sind die Rahmen in der Vergangenheit günstiger im Kauf und in der Verarbeitung geworden.
Alternative Materialien
Neben Aluminium und Carbon gibt es auch noch andere Materialien, die für Fahrradrahmen verwendet werden:
Stahl: Robust und langlebig
Stahl ist ein Material, welches gut zu verarbeiten und langlebig ist - Fahrräder aus Stahl sind filigran und trotzdem „stark“. Die hochwertigen Rohrsätze wurden mehrfach konifiziert; vom Hersteller wird die Wandstärke des Rohres den tatsächlichen Ansprüchen entsprechend gewählt.
Titan: Magisch und langlebig
Titan ist ein magischer langlebiger Wertstoff: Es verkratzt nicht, bekommt außerdem eine Patina. Selbst nach längerer Zeit sieht man dem Titan-Fahrradrahmen zwar seine abgespulten Kilometer und interessanten Erlebnisse an, jedoch wirkt er desto trotz nicht ramponiert oder veraltet. Daher ist für einen Rahmen aus Titan keine Lackierung nötig, welche zerkratzen könnte und noch dazu rostet Titan eben auch nicht.
Ein passend moderates Gewicht und eine ausreichende passende Steifigkeit sind weitere Vorteile, die für solch einen Fahrradrahmen sprechen. Mit einem Titan-Fahrrad in Ihrem Besitz brauchen Sie sich langfristig keine Gedanken zum Thema Haltbarkeit machen; mit diesem Fahrrad kann man eben einfach fahren und genießen. Es muss nicht viel Zeit für die Pflege aufgebracht werden oder nach einem Transport oder Sturz nach verborgenen Schäden gesucht werden.
Als negativ zu bezeichnen ist der Preis von Titan-Rahmen in der Anschaffung und ein sehr hoher Energiebedarf in der Herstellung. Aber dank einer sehr langen und intensiven Nutzungsmöglichkeit - z.B.
Bambus: Nachhaltig und wetterbeständig
Gerade heutzutage, wo uns überall eine steigende Ressourcenknappheit erreicht, sollten wir in allen Bereichen auf nachwachsende Rohstoffe schauen. Somit bietet es sich hier also an, ein Fahrrad aus Bambus zu fahren. Dank der Form bieten sich Bambusrohre hervorragend zum Rahmenbau aus. Aufgrund der natürlichen Herkunft ist das Bambus-Fahrrad logischerweise wetterbeständig - und auch beim Thema Haltbarkeit und Stabilität kann Bambus wunderbar ganz vorne mit anderen Materialien mithalten.
Fertigung von Rahmen
Aluminium-Rahmen
In der Verbindung der einzelnen Rohrteile zu einem kompletten Rahmen steckt das größte Wissen. Die Qualität des Rahmens hängt vor allem von den besonderen Fähigkeiten, der langjährigen Erfahrung und qualitativen Handarbeit des Schweißers ab. Für die Fertigung von Fahrradrahmen werden meist zwei unterschiedliche Typen von Aluminiumlegierungen verwendet: Al 6061 T6 und Al 7005 T6.
Jahrzehntelange Erfahrung in der Rahmenherstellung mit Aluminium, wie etwa Schweißen, Hydroformen oder Biegen, ermöglichen die heutigen Qualitätsstandards. Unter sehr hohem Öldruck, dem sogenannten Hydroforming, können die Aluminium-Rohre gepresst und in spezielle Formen gebracht. Dadurch lassen sich dünne Wandstärken und individuelle Rahmen gestalten. Erst durch die Behandlung mit Hitze erhält der Aluminium-Rahmen die entsprechende Stabilität.
Entscheidend ist hierbei die richtige Dosierung der Temperatur, um die durch das Hydroforming entstandenen Spannungen wieder zu reduzieren und dem Rahmen seine erforderliche Steifigkeit zu verleihen.
Carbon-Rahmen
Bei Carbon gibt es je nach Einsatzbereich verschiedene Faserqualitäten und Herstellungsverfahren. So liefern High Tenacity Fasern (HT-Fasern) zwar exzellente und ausgewogene mechanische Laminateigenschaften, sind aber auch im Vergleich zu den High Modulus Fasern (HM-Fasern) etwas elastischer. HM-Fasern bieten durch ihre Beschaffenheit von Haus aus mehr Steifigkeit. Dies hat den Vorteil, dass im Rahmenbau weniger Material als bei einer HT-Faserkonstruktion verwendet werden muss. Die Folge ist ein geringeres Gesamtgewichts des Bauteils was in der Summe zu einem leichteren Rahmen führt.
Entscheidend für die Qualität eines Carbonrahmens ist das Prepreg, eine gewebte Fasermatte, deren Faserausrichtung bei der Fertigung des Rahmens exakt zu den späteren Belastungen dieses Bauteils passen müssen.
Anders als bei der Fertigung aus Aluminium mit einzelnen, unterschiedlichen Rohrquerschnitten, können Carbonrahmen in Monocoque-Bauweise gefertigt werden. Durch die Verwendung der Fasermatten lassen sich neue, fließende Formen gestalten, die den Carbonrahmen meist steifer und stabiler machen. Gerade beim Bau von E-MTBs hat die freie Formgebung einen enormen Vorteil, denn der Rahmen kann im Bereich der Motoraufnahme und zur Integration des Akkus recht frei gestaltet werden.
Würde man solche Formen in Aluminium herstellen, wäre die Fertigung des Rahmens wesentlich aufwändiger und damit auch teurer. Durch die Möglichkeit der freien Formgestaltung bei Carbonrahmen, kann man je nach Designkonzept des Bikes den gesamten Rahmen auch kostengünstiger als in Aluminiumbauweise konstruieren.
Bei Rotwild geht man noch einen Schritt weiter und hat die Modul Monocoque Technology (MMT) entwickelt. Dabei bildet das Seamless-Fusion-Verfahren (SFT) den Ausgangspunkt für die Herstellung von MMT-Carbonrahmen. Die Rahmen werden aus einzelnen, vorgefertigten Modulen nahtlos miteinander verbunden. Dadurch entsteht eine extrem homogene und faltenfreie Carbonstruktur.
Die fließenden Formen und daraus resultierenden großen Verbindungsflächen der Module untereinander steigern wesentlich die Lebensdauer des Rahmens. Ferner ermöglicht das Verfahren den Einsatz unterschiedlicher Fasertypen für eine optimale Faserorientierung und unterschiedliche Wandstärken. Die Monocoque-Bauweise macht Carbonrahmen etwas teurer, aber auch wesentlich leichter als geschweißte Aluminiumrahmen.
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