Fahrradrahmen

Rahmen

Der Rahmen überträgt das Gewicht des Radsportler auf die beiden Laufräder und muss zudem das Gewicht des Fahrers bzw der Fahrerin tragen. Der Rahmen stützt das Tretlager möglichst steif ab. Dadurch werden die Antriebskräfte ohne zu grosse Verluste auf die Räder weitergegeben. Je nach Radstand ist die Geometrie des Rahmens für das Fahrverhalten (Wendigkeit, Geradeaus lauf) bestimmend.

Funktion des Rahmens

  • Leicht
  • Stabil und dauerhaft
  • Komfortabel und kraftsparend
  • Ruhiges oder temperamentvolles Fahrverhalten

Materialien

Stahl:

Stahl ist ein preiswerter Rohstoff, im Vergleich zu Carbon oder Aluminium. Stahl hat eine sehr hohe Flexibilität, dadurch schluckt es kleine Stöße besser als Aluminium oder Carbon. Ein großer Vorteil für Radreisende ist, das man Stahl in jeder kleinen Feldschmiede wieder zusammen schweißen kann.
Legierte Stähle, welche sich meist aus Chrom und Molybdän zusammensetzen, erreichen auch schon bei dünnwandigen Rohren die gleiche Festigkeit wie beim reinen Stahl. Man hat jedoch ein Rohr, was um einiges leichter ist.

Aluminium:

Aluminium zählt zu den Leichtmetallen. Es 1/3 so elastisch wie Cr-Mo-Stahl. Wesentlicher Nachteil des Aluminiums ist die Dauerfestigkeit, welche um ein Vielfaches geringer ist als beim Stahl. Daher wird Aluminium bevorzugt in sehr steifen schwingungsarmen Rahmen verwendet. Dies erreicht man durch große Rohrdurchmesser, welche dem Rahmen dann sein wuchtiges Aussehen verleihen. Damit jedoch der Gewichtsvorteil des Aluminiums nicht durch die großen Rohre zunichte gemacht wird, weisen diese Rahmen eine sehr dünne Wandstärke auf. Dadurch steigt die Gefahr von dauerhaften Schäden bei Stürzen. Ein Vorteil der großen Rohrdurchmesser ist, dass die Verbindungs-stellen zwischen den beiden Rohren, die üblicherweise geschweißt werden, größer sind und dadurch haltbarer.

Carbonfaser-Harz-Verbund:

Carbon besteht aus Fasern, die als Matten zusammen gefügt und heiß geformt werden, und dann abkühlen müssen.
Carbon weist gegenüber dem Stahl 1/5 der Festigkeiten auf. Um die Steifigkeit zu verstärken, werden häufig zusätzlich elastische Fasern, wie Kevlar, durch ein Harz, mit in die Matten eingebunden. Durch die Wahl und die Ausrichtungen der Fasern kann die Elastizität ganz nach Wunsch ausgerichtet werden. Mit Carbon kann man ganz neue Wege im Design und in der Geometrie des Rahmenbaues gehen. Jedoch ist das recyclen dieser Rahmen noch sehr schwer.
Ein weitere großer Nachteil auf Reisen ergibt sich bei Stürzen auf spitze Gegenstände. Hierbei können die Fasern beschädigt werden. Der Rahmen wird dabei nicht gleich auseinanderfallen, jedoch wird er in seiner Steifigkeit und Stabilität geschwächt. Früher oder später wird es zum Rahmenbruch kommen.

Verbindung

Löten:

Löten ist wohl die solideste Methode, um Stahlrohre zu verbinden. Beim Löten müssen Rohr und Muffe soweit erhitzt werden, bis das Lot zu fließen beginnt und sich mit dem Stahl verbindet. Dabei dringt das Lot tief in den Stahl ein und bildet dort eine Legierung von sehr hoher Festigkeit. Bei billigem Messinglot wird auf Temperaturen von über 900 Grad Celsius erhitzt, wobei der Stahl dadurch an Stabilität verliert. Silberhaltiges Lot (z.B. 40% Silberanteil) erlaubt Temperaturen von nur etwas über 600 Grad. Die Materialfestigkeit bleibt somit im Bereich der Lötstelle fast vollständig erhalten (jeder halbwegs versierte  Rahmenbauer sollte anhand der Glühfarbe exakt auf die Temperatur schließen können).

Kleben:

Diese Verbindungstechnik verwendet man bei Materialien, welche nicht geschweißt oder gelötet werden können (z.B. Carbon) oder wenn das Schweißen zur Schwächung des Materials führen würde. Die dauerhafte Klebebindung wird erst seid kurzer Zeit gut beherrscht. Verwendet man einen zu weichen Kleber, hat man keine ausreichende Scherfestigkeit (Zugbeanspruchung). Zu harte Kleber lösen sich, wenn die Rohre sich durch die Beanspruchung verformen.

Muffenloses Schweißen:

Diese Verfahrenstechnik wurde mit der Einführung von Alurohren populär. Das Schweißen führt jedoch beim Alu zu einer Schwächung des Materials als Folge der Überhitzung. In der Schweißnaht entstehen Spannungen, welche bei einem zu schnellen Abkühlen des Rahmens leicht zu kleinen Haarrissen werden können. Diese wiederum können  irgendwann zu einem Rahmenbruch führen.
Inzwischen gibt es moderne Schweißverfahren mit Schutzgas und manchmal mit Impulsströmen. Diese Vorgehensweise wird mittlerweile auch bei Stahlrahmen angewandt und hat das Löten verdrängt. Die Ersparnis von Muffen und die Verwendung von Schweißrobotern bringen erhebliche Fertigungsvorteile. Dennoch ist die Qualität nicht immer befriedigend. Bei einem guten Rahmenbauer, welcher sein Handwerk versteht, ist man bestens aufgehoben.

Oberflächenvergütung

Was nützt einem das beste Rohr, wenn das Material nicht vor Umwelteinflüssen geschützt wird. Rostflecken verschandeln das schönste Fahrrad.

Lackierung:

Um gut Lackieren zu können braucht man eine Grundierung der Rahmenoberfläche. Dazu gibt es heute Zweikomponenten Grundierungen. Erst dann kann man den gewünschten Lack auftragen.

Pulverbeschichtung:

Beim Pulverbeschichten wird ein Kunststoffpulver auf die nackten, phosphatfreien Rohre aufgetragen. Dabei werden die Rahmen und das Pulver entgegengesetzt elektrostatisch aufgeladen und ziehen sich magnetisch an. Danach kommt das beschichtete Rad bei 150-200 Grad in einen Ofen. Dabei schmilzt das Pulver und überzieht den Rahmen mit einer absolut festen, haftfähigen und stoßfesten Kunststoffschicht. Die Farbbrillanz erreicht inzwischen die Qualität der Flüssiglacke.

Verchromen:

Das Verchromen wird heute nur noch bei billigen Teilen angewandt. Da Chrom jedoch nicht ungiftig ist, findet dieses Verfahren heute nur noch selten im Fahrradbau Anwendung. Der Chrom liegt wie eine zweite Schicht über dem Rohr, welche bei unglücklichen Stürzen absplittern kann.

Rahmengeometrie (Fahrradtypen)

Rahmen haben dann eine besonders lange Lebensdauer, wenn die Rohre nur auf Zug oder Druck in Längsrichtung belastet werden. Für seitliche Belastungen sind sie hingegen Biegeempfindlich. Gute Geometrie zielt darauf ab, Rohre möglichst wenig auf Biegung zu belasten. Jedoch kann man an den Stellen, wo eine hohe Elastizität einen guten Fahrkomfort ermöglichen soll, geeignete Materialien verwenden. Dies wäre zum Beispiel bei Alu-Rahmen möglich, wenn man eine Gabel aus Cr-Mo-Stahl verwendet, welche Stöße besser abdämpfen kann. Für Radreisende ist sicher die altbewährte "Diamantrahmenform" am besten geeignet. Der "Diamantrahmen" ist eine Kombination aus Dreieck
(Hinterbau) und Trapez (Vorderbau).

Radstand

Je länger der Radstand, um so besser ist der Geradeauslauf des Rades. Je kleiner der Radstand, um so besser wird der Wendekreis des Fahrrades (Reiseräder meist um die 110cm). Dabei misst man den Abstand der Auflagefläche der Laufräder.

Hinterbau

Die Länge des Hinterbaues ergibt sich aus dem Abstand von der Hinterradachse bis zum Tretlager. Dieser ist beim Reiserad ca. 49 cm lang. Mountainbikes haben auch einen ziemlich langen Hinterbau (45 cm), damit auch bei steilen Bergauffahrten das Vorderrad Bodenkontakt behält.

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