Carbon, Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK)

Faserverstärkte Kunststoffe werden bereits seit längerem erfolgreich im Sportgerätebau eingesetzt. Die theoretischen Steifigkeits- und Festigkeitswerte sind sehr hoch, gelten aber nur in einer, nämlich der Faserrichtung, während die Festigkeits- und Steifigkeitswerte bei Metallen in allen Richtungen dieselben sind. Außerdem müssen die Fasern untereinander abgestützt werden. Dies geschieht durch eine sogenannte Matrix. Dazu können Kunststoffe eingesetzt werden, bei Fahrradrahmen ist dies meist Epoxidharz. Wenn nun eine Kraft nicht in Faserrichtung wirkt, so hält nur die Matrix dagegen, und Epoxidharz wie auch andere Kunststoffe sind nicht sehr fest. Die Fasern müssen also in mehreren Richtungen gelegt werden. Dadurch wird der Gewichtsvorteil zusehends geringer. Außerdem muss der Kräfteverlauf in einem Rahmen genauestens bekannt sein, da überall wo eine Kraft auftritt, die Verstärkungsfasern in der richtigen Menge und in der richtigen Richtung gelegt werden müssen. Dieser Vorgang ist sehr kompliziert und mit hohem Arbeitsaufwand verbunden. Das macht den Rahmen zwar leichter, aber auch teurer.

Die verschiedenen Verstärkungsfasern kommen in drei Grundformen zum Einsatz: als Strang oder Bündel von Parallelfasern (Rovings), als Gewebe und Geflechte in ihren unterschiedlichsten Formen und als ungerichtete Matten oder Wirrfasern. Neben den genannten Rovings gibt es noch Garne und Zwirne, die durch Verdrehung einzelner oder mehrerer Spinnfäden entstehen. Durch die Verdrehung entsteht ein widerstandsfähiger, in sich fest gebundener Faden, der sich leicht textil verarbeiten (z. B. weben) lässt. Rovings: Stränge oder Bündel von Parallelfasern werden Rovings, oder, wenn sie relativ dünn sind, Fäden oder Garn genannt. Die einzelnen Fasern innerhalb eines Rovings oder eines Fadens, die bei Glas ca. 5–15 µm, bei Kohle ca. 7–10 µm und bei Kevlar ca. 12 µm Durchmesser haben, werden Elementfasern oder Filaments genannt. Die Anzahl der Filaments kennzeichnet die Dicke bzw. das Metergewicht des Rovings oder des Fadens.

Carbonfasern sind in verschiedensten Ausführungen und Qualitäten erhältlich. Aber selbst normalfeste Carbonfasern sind durch die geringe Dichte noch sehr attraktiv. Carbonfasern sind sehr spröde, deswegen werden Rahmen oder auch anderen Bauteilen z. B. Lenkern Aramidfasern (=Kevlar) beigefügt, die eine größere Bruchdehnung besitzen.

Aramidfasern (Kevlar)

Aramidfasern werden Carbonfasern beigemischt, um die Bruch- und Schlagfestigkeit des Bauteils zu erhöhen. Aramidfasern sind an ihrer gelben Farbe erkennbar. Als Rahmenmaterial sind diese Fasern aufgrund ihres Preis/Festigkeitsverhältnisses nicht sehr attraktiv.

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Fahrradrahmen aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.