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  Aluminium

Reinaluminium mit einer Zugfestigkeit von ca. 60 N/mm² ist für technische Zwecke nicht brauchbar. Von Vorteil sind die einfache spanabhebende Bearbeitbarkeit sowie das geringe Gewicht und die Festigkeit von Aluminiumlegierungen. Nachteilig sind (u.a.) die Kerbempfindlichkeit sowie die geringe Härte. Desweiteren weist Aluminium eine geringere Dauerschwingfestigkeit als Stahl auf. Im Fahrradbereich kommen verschiedene Legierungen zum Einsatz:

  • 6000er Aluminium
    Zusätze sind hauptsächlich Magnesium und Silizium. Am häufigsten kommen die Sorten 6061 und 6082 zum Einsatz. Die Zugfestigkeit dieser Sorten liegt bei etwa 200 - 350 N/mm², womit etwa der halbe Wert einer 7005/7020er Legierung erreicht wird. Diese recht weichen Legierungen lassen sich sehr gut verarbeiten. Trotz einer gewissen Korrosionsbeständigkeit ist eine Lackierung anzuraten. Bei Pulverbeschichtung ist darauf zu achten, dass die Materialtemperatur schonend erhöht wird und unter 180 °C bleibt, da speziell die 6061er Legierung mit Gefügeveränderungen auf höhere Temperaturen reagiert. Dies ist auch der Grund, weshalb sich diese Legierungen beim Schweißen stark verziehen und in mehrfachen Wärmeprozessen ausgehärtet werden sollen. Bei diesen Legierungen härtet das Materialgefüge nach thermischen Behandlungen selbst noch etwas nach.
  • 7000er Aluminium
    Zusätze sind Zink und Magnesium. Kupfer wird beispielsweise bei der 7075er Legierung (AlMgZnCu1,5) zugesetzt (Zugfestigkeit ca. 560 N/mm²!). Für Rahmenrohre werden die 7020er oder (kostengünstiger) die 7005er Legierung eingesetzt. Bei den 7005/7020er Legierungen ist eine Hochglanzpolitur in Verbindung mit Wachsschutz als Korrosionsschutz ausreichend, während die 7075er Legierung aufgrund ihres hohen Kupferanteils praktisch kaum schweißbar und korrosionsanfällig ist.
  • Scandium
    Geringer Zusatz von Scandium erhöht die Zugfestigkeit des Materials, wodurch die Wandstärke von Rohren dünner ausfällt und somit das Gewicht gesenkt werden kann. Der für die Biegesteifigkeit entscheidende Legierungsanteil ist jedoch das Aluminium, so dass die dünneren Scandium-Rahmen oft weicher und damit eher für leichtere Fahrer geeignet sind. Momentan liegen noch keine großen Erfahrungen über das chemische, elektrochemische und mechanische Verhalten des Materials bei Dauerbelastung vor, so dass hierüber keine Aussage gemacht werden kann.
 
  Stahl

Der grosse Vorteil von Stahl gegenüber den anderen Werkstoffen ist, dass seine mechanischen Eigenschaften durch die Wahl der Legierung und entsprechende Wärmebehandlung sehr gut steuerbar ist. Aufgrund einzuhaltender Mindestmaterialstärken (Knickgefährdung) wirkt sich das hohe spezifische Gewicht jedoch recht nachteilig aus. Im Bereich von kleinen Rahmengrößen erzielt man gutmütige Fahreigenschaften sowie eine gewisse "Bequemlichkeit". Bei großen Rahmen treten häufig Steifigkeits- und Gewichtsprobleme auf. Zumeist werden ChromMolybdän-Legierungen (CroMo) verwendet.

 
  Carbon

Die Herstellung von Carbonfasern erfolgt durch "Verkohlung" (Erhitzung unter Luftausschluss) von Kunststofffasern (beispielsweise Polyacrylnitrid). Die Faserstärke liegt im Bereich von 0.01 mm.

Da das Material nicht steif, aber in Faserrichtung enorm zugfest ist (je nach Produktionsprozess 2000 - 5000 N/mm²) muss man bei der Konstruktion mehrdimensionaler, unregelmäßger Bauteile, wie es beispielsweise Fahrradrahmen sind, sehr viel in die Planung und Fertigung (eigentlich nur in Handarbeit möglich) investieren.

Besonders kritisch ist zum Einen die sehr geringe Bruchdehnung (nur 0,3 - 1,5%), zum Anderen die hohe Kerbempfindlichkeit.

Deshalb vor dem Einbau von Carbon-Sattelstützen, Carbon-Lenkern oder -Gabeln unbedingt die aufnehmenden Elemente gezielt entgraten!

 
  Magnesium Teile aus Magnesium (z.B. Gabeltauchrohre, Kurbeln) werden zumeist gegossen. Insgesamt ist die Verwendung von Magnesium wegen extrem leichter Entzündlichkeit sehr kritisch, desweiteren ist es sehr anfällig gegenüber Kontakt-, Korngrenzen- und Oxidationskorrosion.