CFK - Ist leicht und steif auch gut ?

[Kosmo83]

Hi,

ich möchte eine etwas technischere Diskussion zum Thema CFK im Fahrradbau anstoßen, abseits der Marktschreier-Tiraden.

Auslöser war folgendes:

Carbon ist nicht gleich Carbon!
Neben der Faser selbst, ist natürlich auch die Matrix, das Harz/Resin sowie das Tempern für die Festigkeit verantwortlich.

Für ein Laminat ist dann natürlich die Ausrichtung der Fasern sowie das Faser/Harzverhältniss sowie Lunker etc. verantwortlich.

So, und was macht nun eine T1100 Faser?
Sie hat eine höhere Zugfestigkeit auf der einen und auch einen höheren e-modul, heißt, man braucht mehr Kraft um diese zu biegen oder zu strecken!

Und wie ist das bei Materialien, die sehr biegesteif sind ?
Genau, ihre Bruchdehnung ist geringer, die maximale Auslenkung vor dem Versagen ist auch geringer.
Diese Fasern sind aber eigentlich alle nur dazu ausgelegt, Kraft in Faserrichtung aufzunehmen, reine Zugkräfte, das können sie gut!
Querkräfte mögen sie nicht!

Nehmen wir ein Wald- und Wiesengummi.
Bei Raumtemperatur ist es elastisch, du hast einen geringen E-Modul
Packe es in die Gefriertruhe, das Ergebniss, das Gummi kann ohne Verformung größere Kräfte aufnehmen und es ist steifer, du hast quasie ein Hochmodul-Gummi.
Nachteil, es reißt/bricht, was es vorher nicht getan hat.

Genau so verhält es sich mit Carbonfasern!
Wenn man diese Eigenschaften gezielt einsetzt, wie im Flugzeugbau, durch Simulationen berechnet und maschinell verarbeitet, ohne Lunker, Harzeinschlüsse etc. an speziellen stellen, SUPER ZEUG.

Im Fahrradbau, bei Handlaminaten, egal ob China, Taiwan oder in Italien und Deutschland können die positiven Eigenschaften dieser hochmudularen Fasern nur zu einem gewissen Teil umgesetzt werden, die negativen Eigenschaften hauen aber dafür 1:1 durch, sprich, verringerte Bruchdehnung.

Woher ich das weiß... habe da durchaus 2 Semester im Studium zu gehabt.

Wenn man jetzt aber den Zuwachs technischer (positiver) Eigenschaften sieht, die sich im Bereich ca. 5% bis 15 % betragen, je Vergleichspartnern.
Dem entgegen steht ein Preiszuwachs 3000% zwischen T800 (ca. 20€/kg) und T1100 Faser (ca. 600 €/kg)

Also rein sachlich betrachtet, geben Hersteller und Kunde für eine sauteure Faser viel Geld aus, von den positiven Eigenschaften sie aus diversen Gründen nur einen Teil nutzen können, die negativen Eigenschaften aber fast 1 zu 1 durchschlagen.

Durch eine optimierte Gelegeausrichtung, Formgebung etc. kann man nehezu die gleichen, positiven Eigenschaften erreichen, ohne die negativen mit in Kauf nehmen zu müssen.

Am Ende ist es also ein Marketing-Gag, der dazu führt, dass ein Rennradrahmen nicht 500 bis 1000 Euro kostet, sondern 5000 Euro.

Abschließend noch einmal auf deine Aussage zurück zu kommen!
Ich halte Carbon nicht grundsätzlich für empfindlich, sonst würde ich es wohl nicht fahren!

Neben der Brucheigenschaft behaupte ich auch, dass ein weicherer Rahmen/Laufradsatz eine bessere Straßenlage/-Haftung hat, da das Material durch den geringeren E-Modul mehr Flex hat und somit ähnlich eines Stoßdämpfers Unebenheiten ausgleichen kann, statt zu springen.

"Ein steiferer Rahmen überträgt die Kraft besser auf das Rad und somit auf die Straße?"
Ein sich verwindender Rahmen ist ja wie eine Feder gespannt, heißt in dem Moment, wenn man weniger Last auf dem Pedal hat, als Kraft in der "Feder" gespeichert ist, verlängert der Rahmen quasie die Kraftphase des Trittes. Ein kleiner Teil geht natürlich verlustig.

Vorteil von CFK:
Neben dem Leichtbau könnte man natürlich ein "Dynamic Flex" einbauen.
Man könnte durch gezielte Gelegeausrichtung und dicke einen gewünschten Flex einbauen um die Straßenlage zu verbessern (weniger Komfort, primär für die Straßenhaftung), dies würde aber entgegen der aktuellen "steif, steifer, am steifesten" Philosopie, wäre aber ein schön zu bewerbendes Sicherheitsfeature.

 

[Gelöschtes Mitglied 6536]

Ich sehe das mit dem HiMod Geschreie auch kritisch. die hochmodularen Fasern sind sehr spröde, eine Eigenschaft die man am Fahrrad nicht gebrauchen kann. Zudem werden die Rahmen tendenziell immer dünnwandiger und die Querschnitte wachsen immer noch weiter an. Rahmen die Unterrohre von 7 cm Breite + eckige Profile haben sind keine Seltenheit. In Punkto Steifigkeit ist eine sinnvolle Grenze oft schon deutlich überschritten worden.

Ich habe deshalb bei meinem CFK Rahmen darauf geachtet die Querschnitte moderat zu halten (bis max 46 mm) und auch auf Leichtbau zu verzichten. Der Rahmen wiegt ohne Lack 1 KG, nach heutigen Maßstäben also eher schwer, fährt sich aber excellent.

 

[lagaffe]

"Ein steiferer Rahmen überträgt die Kraft besser auf das Rad und somit auf die Straße?"
Ein sich verwindender Rahmen ist ja wie eine Feder gespannt, heißt in dem Moment, wenn man weniger Last auf dem Pedal hat, als Kraft in der "Feder" gespeichert ist, verlängert der Rahmen quasie die Kraftphase des Trittes. Ein kleiner Teil geht natürlich verlustig.

Das ist im Grunde bereits mehr Wunschdenken, als alles andere. Und zwar sowohl in der einen, wie auch in der anderen Richtung. Auch der vertikale "Komfort" wird gnadenlos überstrapaziert. Wen man nicht ein paar Teile "frei schwingend" gestaltet, ist im Diamantrahmen da im Grunde nichts zu machen.
Bei dem ganzen Marketing-Geschwurbel, wird auch schnell die übliche Gestalt und die auch die eigentliche Aufgabe des Rahmens komplett außen vor gelassen.
Am Fahrradrahmen ist nicht all zu viel "zu holen". Deswegen braucht es ja auch die "Erzählung", die mit der physikalischen Realität nicht viel zu tun haben muß.

 

[Reiner_2]

... dass ein weicherer Rahmen/Laufradsatz eine bessere Straßenlage/-Haftung hat, ...

Ich möchte nicht, dass mein Rahmen/Laufradsatz auf der Straße liegt oder gar haftet.

 

[Kosmo83]

Ich möchte nicht, dass mein Rahmen/Laufrad auf der Straße liegt oder gar haftet.

Schlussendlich doch das Interface zur Straße stellt zwar der Reifen dar, aber verbunden ist dieser über das Laufrad mit dem Rahmen/Gabel
Da ein Rennradreifen kein oversized Ballonreifen ist, sind die Dämpfungsmöglichkeiten dieses Reifens eher als marginal zu betrachten.
Stoßdämpfer haben wir auch nicht (außer das Dogma K10 vielleicht).
Also müssen Laufrad/Rahmen für die Dämpfung und somit Haftung des Reifens auf der Straße mit herhalten

 

[Gelöschtes Mitglied 6536]

Der Reifen gibt schon erheblich mehr nach als es ein Diamantrrahmen tun kann. Aber dennoch kann ein Rahmen trotzem zum „springen“ neigen wenn man über holprigen Untergrund fährt, während ein anderer Rahmen das weitestgehend weg bügelt.
Auch Gabel und Stütze haben wohl mehr Anteil an der Untergrunddämpfung als es ein Rahmen tun kann.

 

[lagaffe]

Selbst ein auf 9bar aufgepumpter Reifen sinkt tiefer ein, als es jeder Diamantrahmen vermag. In allererster Linie ist es der Reifen - der Luft gefüllte Körper und die Gummiauflage. Die Laufräder selbst dämpfen ebenso wenig wie der Rahmen. Denen wird auch mehr zugesprochen, als da sein kann.

Ein flexible Gabel kann einiges weg stecken. Aber am flexibelsten ist zuletzt der Körper selbst, der auf dem Rad thront. Das geht schon deswegen recht gut, weil der nicht viel mehr wegstecken muß, als seine eigene Last.
Das mag bei Disziplinen wie Downhill komplett anders sein, aber auf der Straße und auch im leichten Gelände bedarf es deswegen im Grunde auch keiner aktiven Dämpfer.

 

[Kosmo83]

Der Reifen gibt schon erheblich mehr nach als es ein Diamantrrahmen tun kann. Aber dennoch kann ein Rahmen trotzem zum „springen“ neigen wenn man über holprigen Untergrund fährt, während ein anderer Rahmen das weitestgehend weg bügelt.
Auch Gabel und Stütze haben wohl mehr Anteil an der Untergrunddämpfung als es ein Rahmen tun kann.

Recht hast du!
Ich sehe also das Gesamtkonzept "Rennrad".
Auch denke ich, wäre mit der Schaffung gezielt "flexibler" Bereiche, sogar nur in Wunschrichtung, was bei CFK durch die Ausrichtung des Geleges ja möglich ist, als Vorteilhaft an.
Am Ende ist es immer noch ein Diamantrahmen ohne aktive Dämpferelemente, dass dieser nur bedingt Dämpft ist auf Grund der Geometrie mir zumindest bewusst.

 

[Kosmo83]

Selbst ein auf 9bar aufgepumpter Reifen sinkt tiefer ein, als es jeder Diamantrahmen vermag. In allererster Linie ist es der Reifen - der Luft gefüllte Körper und die Gummiauflage. Die Laufräder selbst dämpfen ebenso wenig wie der Rahmen. Denen wird auch mehr zugesprochen, als da sein kann.

Ein flexible Gabel kann einiges weg stecken. Aber am flexibelsten ist zuletzt der Körper selbst, der auf dem Rad thront. Das geht schon deswegen recht gut, weil der nicht viel mehr wegstecken muß, als seine eigene Last.
Das mag bei Disziplinen wie Downhill komplett anders sein, aber auf der Straße und auch im leichten Gelände bedarf es deswegen im Grunde auch keiner aktiven Dämpfer.

Dem widerspreche ich!!!
Mir geht es nicht um die Dämpfung im Sinne von Komfort sondern um Dämpfung zur sicheren Fahrradbeherrschung, was sogar ein performance-Vorteil sein kann

Stocksteifer Rahmen + ebenso steife Gabel, Laufräder etc. bei einer schnellen abfahrt kann bei leichten Unebenheiten durchaus die Bodenhaftung verlieren, was dazu führen kann, dass ich mit diesem Fahrrad langsamer durch die Kurven einer Abfahrt fahren kann, als mit einem "weicheren" Fahrrad, bei dem die Laufräder etwas Seitenauslenkung zulassen, die Gabel etwas flext und auch der Rahmen etwas von den Schlägen des Untergrundes aufnehmen kann/dämpft

 

[alexb]

Was ein Geschwafel und welche Welle immer um Carbon gemacht wird.
Wenn so ein Rahmen mal einen mm mehr nachgibt, wird im Marketing von Komfort gesprochen, die Konkurrenz belegt dann aber gleichzeitig, dass das zu viele Verluste gibt. Leute, das macht so gut wie nichts aus. Und Komfort bringt das auch fast nicht im spürbaren Bereich. Die meiste Leistung bringt eine gute Sitzposition und wenn man nicht stocksteif drauf sitzt, gibt das auch die nötige Dämpfung. Wenn ich mir so manchen Aero-Rahmen anschaue, und was die Hersteller an Leistungseinsparung prophezeien. Lachhaft. Das wird am komplett montierten Rad mit Fahrer drauf gar nicht messbar sein. Habe vor kurzem mal einen Testaufbau mit Gebläse für Gegenwind gemacht, um Normal mit Hochprofil LR zu vergleichen. Bei 30 km/h kein Unterschied, auch bei unterschiedlichem Winkel des Gegenwindes. Allein ein altes, klassisches LR mit vielen Speichen hat einen Unterschied zu den neuen Systemlaufrädern gehabt. Aber die neuen Systemlaufräder haben so wenig aerodynamischen Widerstand, dass es mehr Verluste gibt, wenn ich meinen Reißverschluß vom Trikot halb öffne. Dann kommen manche mit dem Segel-Effekt. Sofern er wirklich vorhanden ist, sollte aber auch klar sein, dass er in dem Moment in Gegenrichtung das Gegenteil bewirkt. Also wo ist der Vorteil?
Ich finde wichtig: passende Geo, Gute Reifen und vor allem Lager, dass die vorhandene Technik in Ordnung und Leichtgängig ist, Gewicht bedingt (am Berg und Beschleunigen).
Der Rest ist Optik und Emotion.

 

[Gelöschtes Mitglied 6536]

Was nun physikalisch geht und was nicht ist schön und gut. Es gibt halt Rädern die eher hopsen als andere, da spielt die Konstruktion des Hinterbaus sicher eine große Rolle. Abgeflachte dünne Sitzstreben oder selche die gebogen sind, was auch immer es ausmacht. Man bekommt einen bockigen Rahmen auch mit allen Maßnahmen nicht wirklich gut dämpfend hin. Das Experiment habe ich mit meinem Alu-Rad hinter mir. Das war am Ende immer noch vergleichsweise holprig im Vergleich zu meinen anderen Rädern. Von meinem CFK Rad war es meilenweit entfernt.

 

[tomato_007]

Ich finde schon, dass zumindest bei mir (!) der Wechsel auf Carbonrahmen spürbar war. Zuerst habe ich mir ein Carbon Hardtail mit zugegebenermassen grösseren Laufrädern und dann ein Rennrad in Carbon gekauft. Das 29er aus Carbon ist fantastisch zu fahren und seither steht das Fully meist in der Garage. Das Fahrverhalten des Rennrads ist sicher repräsentativer da ungefedert. Hier liegt der Carbonrahmen für mich ruhiger und gleichzeitig seitensteifer als das alte Rennrad aus Alu auf der Strasse. Feine Unebenheiten wie ein sehr rauher Asphalt treten eher in den Hintergrund. Das aber natürlich auch mit einer relativ dünnen Carbonstütze.
Gruss,
Thomas

 

[Waldi61]

Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass es "weiche" und "harte" Carbon-Rahmen gibt. Auf den ersten ist das Gefühl bei Abfahrten auf unebener Fahrbahn durchaus sicherer, subjektiv. Zumal sie meistens auch einen längeren Radstand haben. Auch ist es nett, damit im Grundlagentempo lange Strecken zurückzulegen. Aber im Wiegetritt hat man halt das Gefühl, in Watte zu treten. Am besten finde ich noch, einen steifen und sprintfreudigen Rahmen zu nehmen und dem ein wenig Komfort durch entsprechende Maßnahmen (25mm mit 6 Bar vorne, leicht flexende Sattelstütze hinten) anzuerziehen. Andersrum geht es halt nicht, aus einem weichgespülten Dauerläufer wird halt kein Sprinter.

Wer zuletzt mal wieder einen der alten Stahlrenner gefahren ist, weiß allerdings, dass auch sog. Komfort-Renner heute ein Wunder an Steifigkeit und Kraftübertragung sind.

 

[Gelöschtes Mitglied 6536]

weiß allerdings, dass auch sog. Komfort-Renner heute ein Wunder an Steifigkeit und Kraftübertragung sind.

Die Gehirnwäsche wirkt wirklich nachhaltig. Ein Steifer Rahmen bringt in Punkto Kraftübertragung nix, oder erwärmt sich dein weicher Rahmen? Energie geht nicht verloren, sie wird nur umgewandelt und wenn man einen schlechteren Wirkungsgrad hätte mit weichem Rahmen, so müsste der ziemlich warm werden.

 

[Gelöschtes Mitglied 63466]

Vielleicht lädt er sich ja auf

 

[lagaffe]

Dem widerspreche ich!!!
Mir geht es nicht um die Dämpfung im Sinne von Komfort sondern um Dämpfung zur sicheren Fahrradbeherrschung, was sogar ein performance-Vorteil sein kann

Stocksteifer Rahmen + ebenso steife Gabel, Laufräder etc. bei einer schnellen abfahrt kann bei leichten Unebenheiten durchaus die Bodenhaftung verlieren, was dazu führen kann, dass ich mit diesem Fahrrad langsamer durch die Kurven einer Abfahrt fahren kann, als mit einem "weicheren" Fahrrad, bei dem die Laufräder etwas Seitenauslenkung zulassen, die Gabel etwas flext und auch der Rahmen etwas von den Schlägen des Untergrundes aufnehmen kann/dämpft

Wenn die Kräfte tatsächlich so groß werden, würde dafür in der Tat eine aktive Federung benötigt. Aber sind sie dann doch nicht - es sei denn man stürzt sich im schweren Gelände den Hang hinunter. Das wird dann doch sehr überschätzt und wir befinden uns eigentlich mitten in einer Marketing-Erzählung oder wahlweise in der Fahrrad-Esoterik.
Das ist ja nicht völlig abwegig gedacht, nur m.E. nicht sehr real, hinsichtlich der Höhe der zu "verarbeitenden" Kräfte.

Der Rahmen ist dann steif genug, wenn er sich unter der Last und des Fahrers plus Beladung weder stark verwindet noch aufschaukelt / flattert, also fahrstabil ist. Er muß eben lediglich tragen und "aushalten". Mehr nicht.
Dass ein weniger seitensteifer Rahmen gelegentlich als komfortabler wahrgenommen wird, dürfte wohl daran liegen, dass der, auch bei Schlägen durch die Straße, wenn, dann dort auslenkt, wo er am schwächsten ist. Und das ist im Zweifel zur Seite.
Aber subjektive Wahrnehmung kann auch ganz anders gelagert sein.

 

[Deleted76301]

Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass es "weiche" und "harte" Carbon-Rahmen gibt. Auf den ersten ist das Gefühl bei Abfahrten auf unebener Fahrbahn durchaus sicherer, subjektiv. Zumal sie meistens auch einen längeren Radstand haben. Auch ist es nett, damit im Grundlagentempo lange Strecken zurückzulegen. Aber im Wiegetritt hat man halt das Gefühl, in Watte zu treten. Am besten finde ich noch, einen steifen und sprintfreudigen Rahmen zu nehmen und dem ein wenig Komfort durch entsprechende Maßnahmen (25mm mit 6 Bar vorne, leicht flexende Sattelstütze hinten) anzuerziehen. Andersrum geht es halt nicht, aus einem weichgespülten Dauerläufer wird halt kein Sprinter.

Wer zuletzt mal wieder einen der alten Stahlrenner gefahren ist, weiß allerdings, dass auch sog. Komfort-Renner heute ein Wunder an Steifigkeit und Kraftübertragung sind.

So lange die Kette im Wiegetritt nicht am Umwerfer schleift, so what.

25 mm und 6 Bar vorn, hoffe auf 19C Felge, ansonsten wäre mir das etwas schwammig.

 

[Live4EverOrDieTryin]

Die Gehirnwäsche wirkt wirklich nachhaltig. Ein Steifer Rahmen bringt in Punkto Kraftübertragung nix, oder erwärmt sich dein weicher Rahmen? Energie geht nicht verloren, sie wird nur umgewandelt und wenn man einen schlechteren Wirkungsgrad hätte mit weichem Rahmen, so müsste der ziemlich warm werden.

Mmmhh, wie warm muss er werden damit man es merkt und wann macht's n Unterschied? Der Rahmen ist immerhin bestens luftgekühlt und wenn er mit 4.8 Watt erwärmt würde, wäre das wohl kaum bemerkbar, oder? Aber 4.8 Watt sind schon 2% von 240 Watt. Und 240W ist so als grober Durchschnittswert für Radfahrer realistisch. Und 5W dürfte die Leerlaufleistung eines durchschnittlichen Notenbooks sein, also gerade mal handwarm ohne wirkliche Luftkühlung. 4.8W machen bei Kreuzotter-Standardeinstellungen(+Unterlenker und 240W) aber 0.2km/h aus.

Marginal gains matters, außer man ist Sir Bradley Wiggings (https://www.telegraph.co.uk/cycling...s-marginal-gains-load-rubbish-calls-victoria/).

 

[T.Roubaix]

Habe heute mal was ausprobiert : habe den Laufradsatz meines alten stahl-Renners den ich für den Arbeitsweg nutze in den steifsten Carbon-Rahmen gesteckt den ich mein eigen nenne und schon länger nicht mehr gefahren bin. Gleicher Luftdruck, reale Reifenbreite 25,8mm. Sattelstütze 27,2mm , 168 Gramm leicht und recht gut flexend.
Was soll ich sagen: ich dachte mich tritt ein Pferd. Jeder Huckel und jede Unebenheit habe ich so stark gespürt wie schon lange nicht mehr. Das Rad hat sich angefühlt wie ein bockendes extrem starres steifes Ungetüm. Auf der 50km Feierabendrunde war das nicht nur ein kurzer Moment wo sich das so anfühlte.
Von diesen Eindrücken fasziniert bin ich zu Hause angekommen gleich auf meinen "normalen" Carbonrenner gewechselt um einen Vergleich zu haben: das der nicht sehr steif ist weiß ich schon länger (zierliches Tretlagergehäuse, dünne Rohre, 930 Gramm leicht bei knapp 10 Jahren alter), habe das jedoch nie als Manko wahrgenommen. Jetzt allerdings wirkt es wie ein großer Vorteil, der "weichere" ältere Rahmen fährt sich meiner subjektiven Wahrnehmung nach viel angenehmer. Irgendwie geschmeidiger..... keine Ahnung wie ich das besser beschreiben kann.
Den Begriff "Komfort" mag ich nicht wenn es um Rennräder geht, ich fahre 12cm Überhöhung und wenn der Untergrund Kacke ist ist das für mich kein Grund die Strecke zu meiden. Komfort hat mein Rad mit Korb vorn und hinten.
Ich bin auf jeden Fall schockiert wie deutlich der empfundene Unterschied zwischen den Rahmen ausfällt. Bisher hatte ich das immer abgetan als Tagesform der eigenen Wahrnehmung. Jetzt habe ich das Gefühl das mir die Weicheren Rahmen mehr zusagen.
Hat jemand ähnliches erlebt?

Grüße

 

[Waldi61]

Die Gehirnwäsche wirkt wirklich nachhaltig. Ein Steifer Rahmen bringt in Punkto Kraftübertragung nix, oder erwärmt sich dein weicher Rahmen? Energie geht nicht verloren, sie wird nur umgewandelt und wenn man einen schlechteren Wirkungsgrad hätte mit weichem Rahmen, so müsste der ziemlich warm werden.

Wenn du aus dem Sattel kommst und das Rad "kommt" oder du den Eindruck hast, in "Watte" zu treten, ist subjektiv schon ein großer Unterschied. Und einem weichen Rahmen ist es egal, ob die Krafteinwirkung von der Straße oder den Beinen des Fahrers kommt, er dämpft beides. Daher versucht man ja auch, Rahmen zu konstruieren, die im Tretlagerbereich steif sind und ansonsten möglichst gut dämpfen. Das gelingt mal mehr mal weniger gut. Werden zum Beispiel auch die Kettenstreben auf Komfort ausgelegt, ist das durchaus kritisch, da die Kräfte von der Straße nach oben wirken und die von der Pedalbewegung im Wesentlichen nach unten (im Sprint) wirken. Die Kettenstreben geben aber in beiden Richtungen nach, so dass jeweils Energie geschluckt wird. Fahr mein ein Look 566, dann wüsstest du, was ich meine.

Mit der Wärme zu kommen, ist bei den geringen Auslenkungen und ihrer niedrigen Frequenz kompletter Unsinn.