Die diesjährige Eurobike hat eines ganz deutlich gezeigt: Nie war der Trend Richtung Carbon so groß wie zur Zeit. Immer mehr Bikes & Komponenten werden ganz oder teilweise aus diesem Material gefertigt.
Nun, was ist eigentlich dieses Wundermaterial, welches die Bikebranche so fest im Griff hat? Wie geht man am besten damit um?
Die nachfolgenden Fragen und Antworten sollen ein wenig Licht ins Dunkel bringen:
Was ist Carbon?
Erst einmal eine umgangssprachliche Bezeichnung für kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff.
Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK – C für Carbon = Kohlenstoff) bezeichnet eine Kombination aus zwei Materialien, bei denen in das Grundmaterial (die sogenannte Matrix) aus Kunststoff Kohlenstofffasern als Verstärkung eingebettet werden.
Die Matrix ansich besteht meist aus Duromeren, einem Kunststoff, der nach seiner Aushärtung nicht mehr verformt werden kann. ( z.B. Epoxidharz)
Zeit wann gibt es Carbon?
Seit den fünziger Jahren. Es wurde maßgeblich in England entwickelt.
Welche Vorteile hat Carbon gegenüber den gängigen Materialien?
Carbon ist ein Material aus einzelnen Fasern. Viele tausend solcher Fasern werden zu einem Gewebe verwoben. Carbon- Fasern haben eine viermal höhere Reißfestigkeit als z.B. Stahllegierungen, wiegen aber nur knapp ein Viertel dessen.
Warum gibt es dann z.B einen Titan Rahmen, der alle zur Zeit erhältlichen CFK Rahmen in punkto Gewicht schlägt?
Die Verarbeitung der Fasern ist nicht sehr einfach. Die Zugfestigkeit und Steifigkeit eines aus CFK hergestellten Materials ist wie bei allen Faserverbunden in Faserrichtung sehr hoch, aber quer zur Faserrichtung so gut wie nicht vorhanden. Dies erfordert bei einem Fahrradrahmen eine überlegte Konstruktion. Daher werden die Fasern in vielfachen Richtungen angeordnet, um alle Belastungsrichtungen abzudecken. Da CFK folglich trotzdem keine Druckkräfte aufnehmen kann, kommt der Faktor Harz, wie oben schon beschrieben meist Epoxydharz, ins Spiel. In Anbetracht dieser gegebene mechanischen Eigenschaften wiegt ein technisch guter Carbonrahmen ungefähr die Hälfte eines Stahl- und zwei Drittel eines Alurahmens.
Der als Beispiel genannte Titanrahmen, das Litespeed Ghisallo, ist ein extremes Beispiel. Es kommt natürlich darauf an wie weit sich der Konstrukteur an die Grenze wagt. Dies ist im Fall des Ghisallos nicht mehr allzu weit! Im Normalfall gelten oben beschriebene Verhältnisse.
Hat CFK weitere Vorteile?
Es gibt mehrere. Metalle sind isotrop, das bedeutet, dass das Material in alle Belastungsrichtungen die gleichen Eigenschaften hat.
CFK hingegen, kann anisotrop ausgelegt werden. Dies bedeutet, ein Rohr kann auf Grund der Fasereigenschaften in vertikaler Richtung steif und in horizontaler Richtung flexibel gestaltet werden.
Auch sind mit CFK wesentlich mehr Gestaltungsformen möglich. Entsprechend dem Kraftfluss, oder auch unter aerodynamischen Gesichtpunkten.
Die Stabilität von metallischen Konstruktionen ist maßgeblich durch die Verbindungstellen bestimmt, die die Schwachstellen des gesamten Objekts darstellen. Mit CFK ist eine einteilige Konstruktion möglich, ohne irgendwelche Verbindungselemente, die die Form schwächen könnten.
Man sieht immer mehr farbige Carbonteile. Wie geht das? Carbonfaser sind doch schwarz?
Ja, der neue Modetrend. Zum Beispiel die häufiger auftretenden Teile aus weißem Carbon, dem sogenannten „White-Carbon“.
Dies ist nichts anderes als Glasfaser. Diese werden mit einlaminiert, um diesen farbigen Effekt zu erzeugen. Glasfaser haben allerdings minderwertige mechanische Eigenschaften im direkten Vergleich zu Carbon!
Weitere Farbenkombinationen entsehen durch Zusatz von anderen Materialien. Der im unteren Bild zu sehende „blau-schwarze“ Sattel von AX-Lightness zu Beispiel, enthält ein Polyester-Material. Eine gelb-schwarze Optik entsteht aus Verwebung mit Aramid-Fasern.
Es gibt einige Fachbegriffe: Was bedeutet z.B. high module carbon oder nano carbon?
High module carbon sind Carbonfaser mit glatter Oberfläche. Unter dem Mikroskop haben „normale“ Carbonfaser eine rauhe und rissige Oberfläche. Bei solchen Fasern kann ausschließlich der Faserkern die Zugkräfte aufnehmen. Bei high module Fasern sind die Oberflächen geglättet.
Der Einsatz von Nano Carbon im Radsektor ist eine Entwicklung der Firma Easton. Dabei werden sogenannte Kohlenstoffnanoröhren (kurz CNT) mit in die Martix gegeben und füllen somit den Zwischenraum zwischen den Carbonfasern aus. In solchen Nano-Röhren sind Kohlenstoffatome so verbunden, dass sich Sechsecke ergeben. Diese streng geordnete Fläche ist zusammengerollt wie ein aufgewickelter Maschendrahtzaun.
In wie weit die Eigenschaften durch den Einsatz der extrem teuren nanotubes tatsächlich besser werden, kann man nur mutmaßen.
