Kohlefaser 101: Wie Fahrräder hergestellt und repariert werden

Radfahren ist besessen von Kohlefaser. Carbon wird verwendet, um Rahmen, Räder und Komponenten zu bauen. Sie finden es auf allem, von Einsteigerrädern bis hin zu kaum erreichbaren Halo-Fahrten.

Wenn Sie Zeit mit meinungsstarken Radfahrern verbracht haben, haben Sie zweifellos viele Anekdoten, Witze, Bedenken und Kritiken über Kohlenstoff als Material gehört. Die Mythen und Geschichten könnten einige Fahrer dazu veranlassen, sich zu fragen, warum Carbon so beliebt ist und warum es sich lohnt, beim Kauf eines neuen Fahrrads darüber nachzudenken.

Brady Kappius von Broken Carbon und Kappius Components

Um mehr zu erfahren, haben wir mit dem Kohlefaserexperten Brady Kappius gesprochen. Er ist der Gründer von Broken Carbon, einer führenden Kohlefaser-Fahrradwerkstatt in Boulder, Colorado. Kappius und sein Team haben über 4.500 Carbon-Fahrradrahmen erfolgreich repariert und verstehen das Material in- und auswendig. Das ist richtig, trotz allem, was Sie vielleicht gehört haben, kann Kohlefaser repariert werden. Wir sprachen mit Kappius und er half dabei, etwas Licht in die Funktionsweise von Kohlefaser zu bringen, warum sie im Radsport so beliebt ist und wie Carbon repariert werden kann, wenn es bricht.

Warum Fahrräder aus Kohlefaser bauen?

Es gibt einen Grund, warum so viele moderne Fahrräder aus Carbon bestehen. Kohlefaser hat einige vorteilhafte Eigenschaften im Vergleich zu Metallen wie Stahl, Aluminium und sogar Titan.

Brady Kappius: „Im Vergleich zu anderen Materialien ist Kohlefaser eines der neuesten in der Fahrradindustrie. Die Technologie, die Kohlefaser zu Fahrrädern brachte, kam wirklich aus der Luft- und Raumfahrtindustrie. Erst Anfang der 90er Jahre sah man Carbon-Bikes auf dem Consumer-Markt abheben.

„Das Einzigartige an Kohlefaser ist, dass sie sehr leicht, aber auch langlebig ist. Sie können ein sehr, sehr starkes Fahrrad aus Kohlefaser machen. Ein großer Vorteil ist, dass das Material so konstruiert werden kann, dass es in verschiedene Richtungen unterschiedlich wirkt. Sie können einen Carbonrahmen so gestalten, dass er in einer bestimmten Richtung starr oder torsionssteif ist, während er in einer anderen Richtung nachgiebig ist. Die Richtung, in der Sie die Fasern ausrichten, bestimmt die Eigenschaften eines Rahmens oder einer Komponente.

„Kohlefaser ist auf diese Weise ziemlich einzigartig. Wenn Sie beispielsweise ein Fahrrad aus Aluminium herstellen, können Sie mit Rohrdicke und -durchmesser spielen, aber sonst nicht viel. Was auch immer die Eigenschaften der Aluminiumrohre sind, ist so ziemlich alles, was Sie bekommen werden. Mit Carbon können die Ingenieure und Hersteller die Eigenschaften des Materials wirklich kontrollieren und in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Steifigkeits- und Festigkeitsgrade festlegen. Außerdem hat Aluminium eine sogenannte Ausdauergrenze. Es hat keine unendliche Ermüdungslebensdauer unter normalen Ladebedingungen. Carbon hat eine nahezu unendliche Lebensdauer.

„Die Eigenschaften von Carbon machen ein Fahrrad leichter. Angenommen, ein bestimmter Bereich eines Fahrrads sieht nicht viel Stress. Anstatt also ein durchgehendes Rohr verwenden zu müssen, das durchgehend X-dick ist, können Sie genau steuern, wie viel Faser in bestimmten Bereichen platziert wird, in denen die Lasten geringer sind, und mehr dort konzentrieren, wo sie benötigt werden. Dies macht Carbon ideal für die Herstellung eines Rahmens, der alles ist, was Sie von einem Fahrrad erwarten — ein Fahrrad, das leicht, langlebig, stark und wirklich gut fährt.“

Wie werden Carbonräder hergestellt und warum sind sie so teuer?

Die große Sache, die viele neue Fahrer bemerken werden, wenn sie sich Carbon-Bikes ansehen, ist, dass sie mehr kosten als ein vergleichbares Aluminium-Bike. Der Prozess der Herstellung eines Carbonfahrrads ist komplizierter als die Herstellung eines Fahrrads aus Metallrohren, und vieles davon beeinflusst die Kosten für Carbonfahrräder.

Fotos mit freundlicher genehmigung Allied Zyklus Arbeitet. Lesen Sie hier mehr darüber, wie Allied in Amerika hergestellte Carbonfahrräder herstellt.

BK: „Der große Unterschied zwischen einem Metallrad und einem Kohlefaserrad liegt im Herstellungsprozess. Bei einem Metallfahrrad werden Rohre miteinander verschweißt. Diese Rohre werden normalerweise gekauft oder geformt, und dann geht es nur darum, diese Teile zu einem Rahmen zusammenzufügen.

„Mit carbon faser, es ist völlig anders. Kohlenstofffasern sind buchstäblich Fasern, wie Stoff. Sie sind in einem Harz suspendiert. Normalerweise beginnen Sie mit einer Folie aus „Pre-Preg“ oder vorimprägnierter Kohlefaser, die bereits das Harz enthält. Diese gibt es in einer großen Auswahl an Typen, abhängig von den gewünschten Eigenschaften. Möglicherweise haben Sie ein Blatt, bei dem die Fasern in einem Winkel von 45 Grad ausgerichtet sind, eines bei 0 Grad oder eines, bei dem 90-Grad-Fasern mit 0-Grad-Fasern verwoben sind. Diese gewebten Fasern erzeugen den typischen Carbon-Weblook, an den die Leute denken, wenn sie sich Kohlefaser vorstellen.

„Der Hersteller wählt alle Eigenschaften aus, die er vom Fahrrad erwarten möchte. Sie möchten es vielleicht an einer Stelle steifer, an einer anderen nachgiebiger, und sie korrelieren das mit einem sogenannten Layup-Zeitplan. Um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten, müssen die Fasern an einem bestimmten Ort, in einer bestimmten Reihenfolge und in einer bestimmten Richtung verlegt werden.

„Es wird sehr viel darüber nachgedacht, wohin jedes einzelne Stück geht, und alles wird von Hand gemacht. Ein Fahrrad wird wahrscheinlich Hunderte von einzelnen Kohlefaserstücken haben, die von einer echten Person von Hand in eine Form gebracht wurden. Ein großer Teil der Kosten für ein Kohlefaser-Fahrrad kommt von der Handarbeit, die in sie geht. Die Formen selbst sind auch teuer. Es kostet Zehntausende von Dollar, eine einzelne Form zu öffnen, und Sie benötigen eine für jede Rahmengröße und jedes Modell, das Sie herstellen.

„Dann geht das Ganze in einen Ofen und wird ausgehärtet. Dann findet die chemische Reaktion statt, die das gesamte Paket verfestigt und all diese einzelnen Schichten zusammenbringt und kohärent wirkt.

„Es gibt wirklich keine Möglichkeit, den gesamten Prozess zu automatisieren. Offensichtlich gibt es Leute da draußen, die daran arbeiten, aber so ziemlich jedes Kohlefaser-Fahrrad und jede Komponente, die da draußen ist, wird immer noch von einer Person gelegt, die diese Faserschichten von Hand zusammenstapelt.“

Was sind die Stärken und Schwächen der Kohlefaser?

Carbon faser ist unglaublich stark. Aber der Durchschnittsverbraucher könnte das Missverständnis haben, dass Kohlefaser nicht so stark ist wie Stahl, Titan oder Aluminium. Dies ist nicht immer der Fall, aber Kappius erklärt den Grund, warum sich diese Art von Missverständnis entwickelt hat.

BK: „Ich denke also, dass Carbon als etwas beschrieben werden kann, das extrem stark und steif ist. Und so ziemlich alle Carbon-Bikes sind stark und steif, aber Sie müssen das Sternchen darauf setzen, das sagt: ‚Unter normalen Fahrbedingungen.‘ Ja, Carbonrahmen sind großartig, wenn Sie absteigen, klettern, aus dem Sattel steigen usw. Alle Eigenschaften des Rahmens sind dafür ausgelegt. Aber es ist nicht für einen ungewöhnlichen oder katastrophalen Absturz gedacht, oder um in ein Garagentor oder so etwas zu laufen. Diese Arten von Kräften liegen außerhalb des Standardeinsatzbereichs, sodass Sie kein Fahrrad entwerfen, um diese zu sehen. Du könntest, aber es würde nicht so gut fahren und es würde viel mehr wiegen.

„Ingenieure werden immer besser darin, Rahmen langlebiger zu gestalten. Sie sehen es mehr auf Mountainbikes in diesen Tagen, wo Hersteller mehr Fokus auf Bereiche legen, die höhere Auswirkungen sehen, indem sie das Layup oder den Fasertyp ändern, um mit dem Missbrauch zu helfen, den Mountainbikes sehen. Wenn Ihr 700-Gramm-Rennradrahmen jedoch auf einen Holzpfosten fällt, kann er reißen, da er nicht dafür ausgelegt ist. Es ist entworfen, um gut zu fahren. Die überwiegende Mehrheit der Schäden, die wir bei Carbonrahmen sehen, stammt aus einem seltsamen Fall, sei es ein schwerer Unfall oder ein Treffer, den der Rahmen erlitten hat. Es ist sehr selten, dass es von einem Herstellungsfehler herrührt.“

Was ist „High-mod“ Carbon?

Wenn man sich verschiedene Fahrradrahmen von Einsteiger-Carbon bis High-End ansieht, werden Kunden auf Begriffe stoßen, die Carbon als „High-Modulus“ oder „High-Mod.“ Kappius erklärt, was hochmoduliger Kohlenstoff ist und wie wichtig er tatsächlich ist.

BK: „Modul ist ein Maß für mechanische Eigenschaften. Der Modul ist die Steifigkeit; Es ist, wie steif der Kohlenstoff ist. Theoretisch könnte man ein Fahrrad mit nur hochmoduligen Fasern bauen und weniger davon verwenden, und das Fahrrad wäre leichter. Sie sehen dies auf High-End-Rennrädern mit High-End-Carbon. Aber Sie wollen nicht immer alle Hochmodulfasern, insbesondere für Anwendungen wie Mountainbiken, da Hochmodulkohlenstoff auch spröder ist. Auf Mountainbikes, zum Beispiel, Sie möchten etwas Kohlenstoff mit niedrigerem Modul in Bereichen, in denen der Rahmen Stöße besser aufnehmen und tatsächlich etwas Flex haben soll. Es ist eher ein Marketingbegriff. Jemand könnte sagen, sie haben ‚X-hundred Toray, High-Modular‘ Kohlefaser und es bedeutet wirklich nicht so viel, wie Sie denken. Der High-Mod einer Marke könnte dem Kohlenstoff mit niedrigem oder mittlerem Modul einer anderen Marke entsprechen.“

5. Wie kann ich einen Carbonrahmen nach einem Crash oder Unfall selbst inspizieren?

Ein professioneller Mechaniker sollte Ihr Fahrrad im Falle eines Unfalls oder eines Carbonschadens immer überprüfen. Aber wenn Sie zuerst selbst einen Check durchführen möchten, Hier ist eine einfache Methode, die Kappius vorschlägt, um mögliche Schäden an Ihrem Rahmen zu beurteilen.

BK: „Abstürze und Beschädigungen sind relativ. Wenn es so ist, als hättest du dein Fahrrad auf deinem Auto gelassen und bist in die Garage gefahren, das ist so eine verrückte Kraft, dass du dich wirklich nicht darum kümmern musst, es zu überprüfen. Es lohnt sich wahrscheinlich nicht einmal darüber nachzudenken, es zu fahren. Wir wenden diese Fahrräder ab, es ist einfach zu riskant. Sie wissen nicht alles, was im Inneren des Fahrrads passiert ist.

„Aber nehmen wir an, es ist ein Szenario, in dem Ihr Fahrrad umfällt oder Sie einen Sturz auf Ihrem Mountainbike haben. Hoffentlich kam das Gewicht hinter dem Aufprall hauptsächlich vom Fahrrad selbst oder ein bisschen von deinem Körper, aber sonst nicht viel. Beginnen Sie mit einer visuellen Inspektion. Waschen Sie das Fahrrad. Hoffentlich kümmerst du dich ziemlich gut um dein Fahrrad und behältst die Dinge im Auge, damit du jeden Kratzer kennst, den du hineingesteckt hast. Reinigen Sie es jedoch vollständig, damit Sie eine gute Sicht auf das gesamte Fahrrad haben. Das ist wirklich der beste Ort, um anzufangen. Sie suchen nach jeder Art von Rissen oder Schäden. Wenn Sie etwas finden, können Sie einen Lappen über die beschädigte Stelle fahren und wenn der Lappen am Carbonrohr hängen bleibt, ist dies ein Zeichen dafür, dass etwas nicht stimmt.

„Wenn du solche Schäden findest, kannst du ein bisschen tiefer gehen. Wenn sich in der Nähe ein Rohrabschnitt mit ähnlicher Form oder ähnlichen Eigenschaften befindet, der nicht beschädigt ist, können Sie ihn zum Vergleichen verwenden. Angenommen, Sie haben einige Schäden ein paar Zentimeter hinter dem Steuerrohr. Überprüfen Sie das Oberrohr an einer Stelle ein oder zwei Zoll weiter unten, weg von dem Bereich, um den Sie sich Sorgen machen. Verwenden Sie Ihren Daumen und drücken Sie auf die Röhre, um zu sehen, wie es sich anfühlt. Gehen Sie dann zurück zum beschädigten Bereich und machen Sie dasselbe. Fühlt es sich weicher an? Das ist ein großer Hinweis darauf, dass etwas nicht stimmt.

„Dann kannst du zu den akustischen Sachen gehen, wo du einen Tap-Test machst. Es ist die gleiche Art von Sache. Finden Sie einen Bereich, der von dem Schaden entfernt ist, von dem Sie wissen, dass er unbeschädigt ist. Tippen Sie mit einem Metallobjekt wie einem Inbusschlüssel darauf und sehen Sie, was Sie hören. Vergleichen Sie es dann mit dem Bereich, um den Sie sich Sorgen machen. Der Ton wird abnehmen. Es klingt hoch, wenn es gut ist, und dann irgendwie tot, wenn es beschädigt ist. Meine Vermutung ist für den durchschnittlichen Fahrer, wenn Sie an den Punkt gekommen sind, wo Sie es tippen werden, wissen Sie wahrscheinlich bereits, dass es beschädigt ist.

„Wenn Sie sich jedoch Sorgen um einen Rahmen machen, sollten Sie ihn immer von einem Fahrradgeschäft oder von uns, einem Spezialisten, überprüfen lassen. In den meisten Fällen können Schäden unter der Farbe oder in Bereichen, die Sie nicht einmal sehen können, verborgen sein.

„Wenn Sie ein Carbonrad besitzen, behalten Sie es einfach im Auge. Es unterscheidet sich von einem Metallfahrrad und zeigt Schäden auf unterschiedliche Weise. Bei Metall sind Risse in Schweißnähten oder Dellen in Rohren die häufigsten Dinge. Carbon verbeult nicht. Es ist ein sehr sprödes Material.“

Wie funktioniert Carbon Repair?

Viele Fahrer wissen nicht, dass Carbonrahmen repariert werden können. Reparaturen, die von Profis wie Broken Carbon durchgeführt werden, stellen die Integrität eines beschädigten Rahmens wieder her und behalten sogar die ursprünglichen Eigenschaften des Carbon-Layups bei.

BK: „Ich denke, in der Fahrradindustrie ist es immer noch eine neue Idee, dass Dinge wie Carbonrahmen repariert werden können. Wie gesagt, Verbundwerkstoffe haben in der Luft- und Raumfahrt begonnen. Boeing zum Beispiel wirft ein Flugzeug nicht einfach weg, wenn ein Stein darauf trifft und etwas zerbricht. In den letzten Jahrzehnten haben Ingenieure ein sehr raffiniertes und effektives Kohlenstoffreparaturverfahren entwickelt. Es ist effektiv, was wir auch auf Fahrrädern tun.

„Die ersten Schritte sind, den Lack abzuziehen und einen besseren Blick auf den Kohlenstoff zu werfen und eine bessere Einschätzung des Schadens und seiner Ausbreitung zu erhalten. Dann entfernen Sie das beschädigte Material auf eine ganz besondere Weise. Es heißt Scarfing. Sie schleifen es so, dass es konkav und verjüngt ist. Sie müssen an der Stelle vorbeigehen, an der es beschädigt ist, damit Sie einen wirklich guten Bindungsbereich haben, um die neuen Fasern einzubringen und die Last zu übertragen. Wir verjüngen uns und verbinden uns mit vorhandenen guten Fasern, um alles zu einer starren Struktur zu verbinden.

„Wenn Sie den Schaden entfernen, erhalten Sie diese Zwiebelschale aus Kohlenstoffschichten. Wir betrachten die Richtung oder das Gewebe der Fasern und passen die Anordnung der neuen Fasern sorgfältig an das an, was ursprünglich vorhanden war. Damit erhalten Sie bei der Reparatur immer noch die gleichen ursprünglichen Eigenschaften der Röhre.

„Es ist nicht so einfach, nur mehr Kohlenstoff um einen Riss zu wickeln. Es gibt Kits, die Sie bei eBay oder auf Websites kaufen können, damit Sie Ihr Carbon-Fahrrad selbst reparieren können. Es ist die Art von Dingen, bei denen man die Farbe abstreift und etwas Kohlenstoff darum wickelt. Es gibt keinen Gedanken an die Faserorientierung. Sie können die Eigenschaften des Rohrs ändern und diesen Bereich so steif machen, dass die Spannungskonzentration an der Reparatur größer ist, als das Rohr handhaben sollte, und es erneut versagen kann. Es ist skizzenhaft.

Was sind die Einschränkungen von Carbon Repair?

Carbon Repair ist unglaublich effektiv, aber es kann nicht alles reparieren. Kappius erklärt, was außerhalb des Reparaturbereichs liegt.

BK: „Das erste, was ich sagen werde, ist, dass wir nichts reparieren werden, wenn wir nicht glauben, dass wir es so stark machen können, wie es ursprünglich war. Das ist ein großer Faktor für uns und wir irren immer auf der Seite der Vorsicht.

„Es ist nicht sehr verbreitet, aber wenn Sie sich Sorgen um die Ausrichtung des Fahrradrahmens machen, was bedeutet, dass er nicht mehr gerade ist, lohnt es sich einfach nicht, ihn zu reparieren. Bei Mountainbikes sind die Bereiche um die Aufhängungszapfen, in denen die Einsätze während des Herstellungsprozesses verklebt werden, sehr schwer zu reparieren. Und dann so etwas wie eine abgescherte Schaltauge – wo der Aufhänger nicht nur abgebrochen ist, sondern die Schrauben, die ihn am Rahmen befestigen, weg sind — wir haben derzeit keine Möglichkeit, das zu reparieren, aber wir arbeiten daran. Dies sind die häufigsten Einschränkungen.

„Dann gibt es Carbonräder. Wir reparieren definitiv keine Felgenbremsen, da die Bremsfläche für ein gutes Bremsen völlig gleichmäßig sein muss und der einzige Weg, dies zu tun, außerhalb der Form des Herstellers liegt. Drahtreifen sind hart, und besonders für schlauchlose ist es hart, weil Sie keine Diskontinuitäten haben können oder ein Reifen nicht richtig sitzt oder abdichtet. Wirklich die einzigen Räder, die wir in Betracht ziehen, zu reparieren, sind Rohrscheibenräder. Aber die meiste Zeit ist es einfach nicht kostengünstig. Es ist besser, einen Ersatz zu bekommen.

„Eine gute Sache ist, dass der Preis für Carbonräder so stark sinkt, dass es fast sinnvoller ist, nur einen Ersatz zu bekommen. Besonders auf der Mountainbike-Seite werden die Eigenschaften des Materials und das Design der Felgen besser, um mehr Stöße zu bewältigen, so dass wir jetzt weniger Ausfälle sehen.“

Wie passt Carbon Repair in die Fahrradbranche?

Immer mehr Fahrer werden sich der Carbon-Reparatur bewusst und es wird zu einer akzeptierten Praxis. Kappius hofft, dass die Hersteller in Zukunft nach Reparaturen suchen werden, um Abfall zu reduzieren und mehr Fahrräder auf der Straße oder auf dem Trail zu halten.

BK: „Ich hoffe, dass die Industrie beginnen kann, Kohlenstoffreparatur als legitimere Praxis zu akzeptieren. Einige Hersteller erlauben dies und sind bereit, mit uns zusammenzuarbeiten. Es würde viel Abfall vermeiden, weil es wirklich keine guten Möglichkeiten für das Recycling gibt. Beschädigter Kohlenstoff geht einfach in die Deponie.

„Wir sagen einem Kunden immer, wenn Sie eine Garantie für Ihr Fahrrad erhalten können, entscheiden Sie sich dafür. Wir werden Ihr Geld nicht einfach nehmen, weil wir es können. Leider ist ein beschädigter Rahmen oft vollständig reparierbar und verwendbar, aber der Hersteller möchte, dass der Rahmen gehackt oder zerstört wird. Ein Fahrrad wird noch so viel Nutzen haben. Es ist traurig, dass sie diesen Weg gehen, aber ich verstehe aus Haftungsgründen, warum sie es tun.

„Es wäre toll, die Möglichkeit zu haben, zu den Herstellern zu gehen und ihnen zu zeigen, was wir tun und dass die Eigenschaften des Rahmens alle gleich sind. Anstatt ein paar Riesen für einen neuen Rahmen auszugeben, könnten Sie ein paar hundert Dollar ausgeben.

„Alle unsere Reparaturen haben eine voll übertragbare Garantie von fünf Jahren. Wir stehen hinter unserer Arbeit und machen keine Reparaturen, es sei denn, sie werden so stark wie neu sein. Wenn es sich um einen Rahmen handelt, der offensichtlich noch einen erheblichen Wert hat, ist es sinnvoll, ihn zu reparieren. Kunden sollten sich keine Gedanken darüber machen, ein repariertes Fahrrad von uns zu fahren.“