Auf dieser Seite möchte ich mein Fahrradprojekt vorstellen. Es handelt sich dabei um einen neu entwickelten Mountainbike-Rahmen, der eine in der Fahrradwelt bislang unübliche Konstruktionsweise aufgreift. Entgegen der üblichen Rahmenmaterialien, Stahl, Titan, Aluminium oder Karbon-Faserverbund, verwende ich hochfestes Luftfahrt-Aluminium. Die dabei zum Einsatz kommenden Legierungen bieten die höchste spezifische Festigkeit, die mit Metallen derzeit möglich ist.
Sie sind jedoch praktisch nicht schweißbar und daher müssen Niete diese Blechhalbzeuge verbinden. Das ist in der Luft- und Raumfahrt durchaus üblich und exakt so werden Kampflugzeuge seit etwa 100 Jahren hergestellt.
Aus diesem Blickwinkel handelt es sich keineswegs um eine neue, oder gar meinen Idee.
Ich vermute jedoch, nur die aufwendige und damit teure Verbindungstechnik hat es bislang verhindert, dass sich diese Bauweise auch in der Fahrradtechnik etablieren konnte. Als Selbstbauer unterliege ich aber nicht diesen kommerziellen Beschränkungen und kann diesen Ansatz rein wissenschaftlich und analytisch verfolgen.
Neben der höheren Festigkeit bestehen noch weitere Vorteile. Niete erlauben auch eine spezifische Materialwahl einzelner Baugruppen. So ist es recht einfach möglich, ein Tretlagerrohr oder ein Steuerrohr in einem Aluminiumrahmen beispielsweise in Stahl oder Titan auszuführen. Auch bei der Wahl der Materialstärke kann man sehr flexibel vorgehen. Anders als bei einer Rohrkonstruktion, die umlaufend mehr oder weniger immer die gleiche Stärke aufweist, können jene Bleche die mehr Kräfte sehen, stärker ausgeführt werden, als andere. Das hat gerade hinsichtlich Leichtbau einige Vorteile.
Nietverbindungen sind zudem relativ unempfindlich, was die Materialermüdung angeht. Das Schweißen von Aluminium hingegen erfordert immer konstruktive, gewichtstreibende Maßnahmen, die diese potentielle Schwachstelle angehen.
Mit diesem Projekt möchte ich herausfinden, ob es möglich ist beim Metall-Fahrradbau nochmals Gewicht einzusparen. Dabei möchte ich die Schadenstoleranz und die Schadenstransparenz von Metall mitnehmen und mit dem Rahmengewicht in die Reichweite von Karbon-Faserverbund-Rahmen vordringen. Dabei soll eine Maschine entstehen, die sich in Sachen Performance mit den besten Produkten des Marktes messen kann.
Doch doch, ich bin sicher kein Karbon-Gegner und lehne diese Bauweise nicht grundsätzlich ab. Der Lenker und die Tretkurbel und noch einige andere Baugruppen dieses Fahrrades bestehen aus Faserverbundmaterial, welches meist Karbonfasern enthält. Als Ingenieur möchte ich aber hier etwas genauer hinsehen und ich finde das phänomenal niedrige Gewicht und die hervorragende Steifigkeit, die hier zweifelsfrei vorliegen, werden mit einem Preis erkauft. Dies ist leider auch nicht anders möglich und das bleibt für mich als Naturwissenschaftler unumstößlich.
Diese leichten Faserverbund Rahmen sind empfindlich und bei einer Beschädigung ist es nur sehr schwer möglich zu beurteilen, ob der Rahmen noch sicher ist. Der Markt löst dieses Problem mehr kommerziell als technisch, indem der Betroffene im Schadensfalle günstig Ersatz bekommt. Auch existieren Versicherungen, die diese Schäden abdecken. Dies empfinde ich als unbefriedigend und das passt auch nicht zu meinem Einsatzprofil. Den Umweltgedanken von wegen "Entsorgung und Sondermüll" möchte ich mal außen vor lassen. Ich halte einen Metallkunden nicht für grundsätzlich umweltbewusster als einen Faserverbundkunden, nur weil Metall leichter wiederverwertet werden kann. Diese These ist aus meiner Sicht unseriös, auch wenn sie inhaltlich richtig ist.
Aber ich möchte meinen Rahmen lange fahren und ich möchte dabei erleben, wie er nach mehreren bestandenen Abenteuern auch nach und nach Patina bekommt. Da dürfen gerne auch ein paar Dellen und Kratzer drin sein und ich möchte dabei einfach sicher sein, dass alles in Ordnung ist. Karbonfasern brechen bei kleinsten Verformungen und deren Restfestigkeit ist dann Null. Hier hat Metall ganz klar die Nase vorne.
Ich trainiere viel auf meinen Mountainbikes, fahre meistens auf Zeit und unternehme auch gerne längere Touren. Meine Rahmen wurden dabei tüchtig mitgenommen und zeigen beträchtliche Oberflächeneinschläge. Hand aufs Herz aber mir ist kein leichter Karbon-Rahmen bekannt, der das in der Form abkann. Sicher, hier könnte mit einer entsprechenden Belegung viel verbessert werden, aber dann wäre der Gewichtsvorteil gegenüber Metall nicht mehr vorhanden.
Die Fahrradwelt schaut, wie die Flugzeugwelt, ganz peinlich auf das Gewicht. In der Luftfahrt bedeutet jede Gewichtsreduktion mehr Kapazität und damit wirtschaftliches Potential. Bei den Radfahrern ist das noch schlimmer und hat beinahe schon groteske Ausmaße. Hier wird auf das Gramm geschaut und beinahe jeder ambitionierte Radler kennt die Gewichte der angebotenen High-End Komponenten. Oft besitzt er sogar eine entsprechende EXCEL-Tabelle, mit der Gesamtgewichte ermittelt werden. Mitunter gibt es sogar Wettbewerbe, wer hier das leichteste Bike zusammengestellt hat und die Gurus der Scene besitzen Götterstatus. Ich muss hier immer etwas schmunzeln, denn weniger Material, bedeutet fast immer weniger Robustheit. Das bedeutet, die Fähigkeit auch mal etwas unvorhergesehenes einzustecken. Damit will ich sagen, auch Leichtbau hat immer seinen Preis. Wer es schafft ein leichtes Fahrrad zu bauen, hat auch nur das geschafft.
Als Radsportler hingegen möchte ich auch mal unterstreichen, dass ein sehr leichtes Fahrrad mit hochwertigen Komponenten tatsächlich ein höheres Leistungspotential birgt. Das mag ja vielfach im Rauschen untergehen und die Argumentation, dass das meiste Gewicht häufig am Fahrer gespart werden könnte, lasse ich gelten. Ich verfüge hier aber über einige Daten und fahre viele meiner Strecken regelmäßig gegen die Uhr. Gewicht macht einen Unterschied, Punkt. 2 Kilo merke ich, 1 Kilo kann ich zeitlich messen und dann sind auch 100g nicht mehr egal. Das komplette Fahrrad brachte nach dem ersten kompletten Aufbau 7835g auf die Waage. Inzwischen nach mich einige Verbesserungen und Verstärkungen vor. Eine aktuelle Wägung steht noch aus.
Was ich damit sagen will: Wenn diese Bauweise in der Fahrradwelt erst genommen werden soll, dann muss ein konkurrenzfähiges Gewicht auf den Tisch. Der Rahmen meines zweiten Prototyps, wie er hier unten abgebildet ist, wiegt 1635 Gramm. Dabei sei bemerkt, dass die Sattelstütze, die Sattelklemme und die nötigen Schrauben schon dabei sind. Von dem Rahmen existiert kein digitaler Datensatz und keine CAD-Zeichnung. Ich fertigte ihn nach einer Geometrie-Skizze und einem EXCEL-Sheet, auf dem ich einige Festigkeitsrechnungen vornahm. Meiner Ansicht nach machen viele Megabyte CAD-Daten und einschlägige FEM-Rechnungen noch keine gute Konstruktion aus und sind dafür auch nicht zwingend erforderlich. Sie helfen lediglich beim Nachweis und unterstützen das Vorstellungsvermögen des Konstrukteurs. Ich habe diesen Fahrradrahmen 1 Jahr lang im Kopf konstruiert, während ich selbstverständlich auf dem Fahrrad meinen einstündigen Weg zur Arbeit bewältigte. Ich kenne jedes Maß, jede Materialspannung bei den relevanten Lastfällen und jede Materialstärke auswendig. Das klingt vielleicht etwas hochgestochen, aber aus dieser Perspektive ist ein Fahrradrahmen auch übersichtlich und nicht so komplex, wie er manchem vielleicht erscheinen möge. Der Rahmen wurde zudem gänzlich in Handarbeit hergestellt, also brauchte ich auch keine Files um Maschinen zu füttern.
Thomas Lukasczyk
Burgweg 2
64380 Roßdorf
lukasczyk@gmx.net
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