Aristos SLS
MATERIALS
MANUFACTURING

Herstellung

Fertigung unserer Stahl und Titan Rahmen



Warum wir unsere Rahmen nicht löten, sondern schweißen.
Beim Schweissen werden die beiden Werkstücke an der Schnittstelle verflüssigt und gehen eine unlösbare Verbindung ein. Beim Hartlöten hingegen handelt es sich um Materialdiffusion an den Grenzflächen der Werkstücke, weil die Temperatur weit unter dem Schmelzpunkt der Werkstücke liegt. Die Werkstoffe werden also mittels geschmolzener Zusatzstoffe, dem Lot, deren Schmelztemperatur unterhalb derjenigen der zu verbindenden Werkstücke liegt, verbunden. Aufgeschmolzenes Lot und Grundwerkstoff bilden in einer dünnen Schicht eine Legierung und gehen so eine feste Verbindung ein. Dementsprechend kann diese Verbindung auch einfacher reissen. Eine Schweißnaht hält höhere Kräfte aus. Schweißen hingegen ist nicht so einfach zu handhaben. Etwas zu heiß oder zu langsam geschweisst, und man hat ein Loch im Rahmen. Daher ist die Überlegung der Rahmenbauer, die heutzutage noch in der Muffenbauweise fertigen oder muffenlos löten, meist folgende: Bei einer Schweißkonstruktion muß naturgemäß im Bereich der Schweißnaht Material zugegeben werden, da durch das Aufschmelzen des Metalls dessen innere Struktur verändert wird, die dann beim Erkalten andere Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit, E-Modul oder Oberflächenhärte aufweist. Rahmenrisse finden daher naturgemäß nicht in der Naht selbst statt, sofern sie vorher sauber ausgeführt wurde, sondern neben der Naht durch Versprödung und Ermüdung des Bereichs um die Schweißnaht. Nicht so bei RENNSTAHL. Die Schweißnaht ist so perfekt und gleichmäßig gezogen, dass Volatilitäten bei der Verarbeitung ausgeschlossen werden können. Zudem verwenden wir nur Stähle der Kategorie der sogenannten „air-hardening“ Legierungen. Dabei wird beim Schweißen und anschließendem Abkühlungsprozess an der Luft die Zone im Nahtbereich härter als in der Ausgangssituation. Daher werden unsere Rahmen ausschließlich geschweisst. Beim WIG-Schweissen wird das Metall durch einen an der Wolfram (engl.: Tungsten) -Elektrode gezündeten Lichtbogen zum Schmelzen gebracht. Zusätzlich wird Schweisszusatz ins sogenannte Schweissbad hinzugeführt und so die beiden Rohre miteinander verschweisst. Bei RENNSTAHL wird der gesamte Vorgang durch eine Düse mit Edelgas (Argon) bespült, um eine Anbindung von Sauerstoff an die Schweissnaht zu verhindern. RENNSTAHL verwendet als eine der ganz wenigen Firmen zusätzlich auch Spülgas für das Innere des Rahmens, analog der Fertigung eines Titanrahmen, wo diese Vorgehensweise ohnehin obligatorisch ist. Die Maßnahme erhöht die Festigkeit der Schweissnähte abermals.

Fertigungsablauf im Rahmenbau
Zu Beginn werden anhand des vorgesehenen Einsatzbereichs und des jeweiligen Modells die gewünschten Fahreigenschaften definiert und die dafür optimale Rahmengeometrie ermittelt sowie Rohrabmessungen, Rohrdurchmesser, Wandstärken, Ösen, Kabelführungen, und das geeignete Ausfallende festgelegt. Entsprechend unserer Rahmenberechnung werden die Rohre auf Länge und Winkel gefräst, Entlüftungs- und Entwässerungsöffnungen gebohrt und die Flaschenhalterösen oder Zuganschläge vorab angeschweisst. Sind alle Vorbereitungsmaßnahmen am Rohrsatz abgeschlossen, folgt die Fixierung der Rohre des Hauptrahmens. Mittels unserer Rahmenlehre werden ale Winkel und Längen nochmals überprüft.

Jetzt kann der Hauptrahmen mit einzelnen Schweißpunkten geheftet und danach auf dem Richttisch auf Verzug überprüft werden. Sämtliche Verbindungen des Hinterbaus werden in einem parallelen Arbeitsschritt spannungsfrei und außerhalb der Lehre fertig geschweißt. Die Schweißreihenfolge hat während des gesamten Fertigungsprozesses eine ganz bedeutende Rolle Inne. Ziel ist es, möglichst verzugfreie Dreiecke zu schweißen, da Titanrahmen nur sehr schwer auszurichten sind: Titan hat die Eigenschaft, wieder in seine Ausgangsposition zurückzuwandern. Wenn der Hinterbau fertig geschweisst ist, wird dieser mittels eines Test-Hinterrades auf Sturz und Flucht überprüft. Abschließend wird geprüft, ob das Steuerrohr - und damit auch das Vorderrad - sich in einer Spur mit dem Hinterbau und dem Hinterrad befindet. Ein Versatz kann so ausgeschlossen werden, was die superben und immer wieder gelobten Fahreigenschaften unserer Rahmen sicherstellt.

Unsere Rahmen werden nur einmal geschweißt und verfügen über eine nahezu perfekte Schweißnaht. Einige Hersteller verwenden einen zweiten Schweißvorgang, um eine optisch perfekte Schuppung entstehen zu lassen. Dieser zweite Schweißvorgang wird nur aus optischen Gründen durchgeführt, hat aber den Nachteil, dass das Material an den Schweißzonen enormen Belastungen bzw. Versprödungen ausgesetzt ist.

Bedenken Sie, dass bei den meisten unserer Rahmen die Wandstärke an den Rohrenden nur 0,6mm bis 0,9mm beträgt. Deshalb haben wir uns gegen eine optische Schweißnaht entschieden. Wir wollen keine Qualitätseinbußen nur der reinen Optik wegen. Zu guter Letzt wird das Tretlagergewinde, die Bremssattelaufnahme und das Steuerrohr nachgeschnitten und plangefräst, damit der Rahmen später problemlos mit den gewünschten Komponenten aufgebaut werden kann.

Erst nachdem alle Schweisstätigkeiten abgeschlossen sind, wird der Rahmen gründlich von Flussmittelresten befreit. Eine letzte Überprüfung der Parallelität auf dem Richttisch bildet den finalen Schritt vor der nächsten Fertigungsstufe, der Oberflächenveredelung des Rahmens.

In einem letzten Schritt wird die Oberfläche des Rahmens veredelt. Der Rahmen wird entweder aufwendig von Hand gebürstet und die Schriftzüge im Sandstrahlverfahren angebracht - oder vice versa. Auch unsere Komponenten werden passend zum Rahmen dieser zeitintensiven Prozedur unterzogen. Vorteile: Edelste Optik, keine billigen Aufkleber, absolute Dauerhaltbarkeit, Reduktion aufs Wesentliche in seiner maximalen Ausprägung.

Unsere Stahlrahmen hingegen werden vor der Lackierung noch einer kompletten, sogenannten kathodischen Elektrotauchbadbeschichtung unterzogen. Das beim Elektrotauchbeschichten zugrunde liegende physikalische/chemische Prinzip besteht darin, dass sich positiv geladene Partikel im einem wassergefüllten Tauchbad durch Anlegen einer Gleichspannung am Werkstück (der Kathode) abscheiden. Dabei scheidet sich die Beschichtung auch bei komplizierten Geometrien und in Hohlräumen ab. Es bildet sich ein gleichmäßiger Film über die gesamte Oberfläche. Somit wird der komplette Rahmen innen wie außen extrem rost- und schlagresistent. Diese sehr aufwändige Methode ist nicht nur sehr effektiv und umweltverträglich, sie ist einzigartig im Fahrradrahmenbau und vergleichbar mit modernen Produktionsverfahren von Premiumprodukten aus der Großindustrie. Dieses Detail macht den zentralen Unterschied aus, ob ein Stahlrahmen in späteren Jahren rosten wird oder nicht! Alle anderen Anwendungen der Hohlraumversiegelung wie Wachs haben bei Weitem nicht diese Haltbarkeit und sind im Punkto Korrosionsschutz nicht vergleichbar. Siehe hierzu auch die Rostanfälligkeit der Autos früher und heute.

Wichtig für euch als Kunde
Stanton Rahmen werden im selben Werk gefertigt, wie unsere Highend FALKENJAGD Titan- und RENNSTAHL Stahlrahmen. So sind wir in der Lage, dieselben Fertigungs- und Qualitätsstandards anzuwenden und zu gewährleisten.

Fertigung unserer Carbon Rahmen



Seit der Einführung von Carbon in der Radsportszene Anfang der 2000er Jahre, hat die Fahrradindustrie die Grenze der Machbarkeit zu immer leichteren, steiferen Bikekomponenten verschoben, sowie eindrückliche Formgebung und Designs eingeführt, welche mit herkömmlichen, metallischen Werkstoffen nicht möglich gewesen wären. Bei machen Bauteilen wie Gabeln oder Felgen ist Carbon nichtmehr wegzudenken. Damit aus Kohlefaser-Matten Rahmenrohre werden, stehen grundsätzlich drei Fertigungsmethoden zur Verfügung: das Tube-to-Tube-Verfahren, die Muffen-Bauweise und das gängigste, das Monocoque-Verfahren. Bei letzterer Methode werden die in Harz getränkten Kohlefaser-Matten - sogenannten Prepags - in penibler Handarbeit in Formen gelegt und im Backofen ausgehärtet. Dazu später mehr. Damit sich keine Lufteinschlüsse bilden und die Rohre möglichst glatt und stabil herauskommen, drücken mit Druckluft aufgeblasene Schläuche von innen gegen die Fasermatten. Diese legen sich an die Backform an und bekommen so ihre spätere Form und Geoemtrie. Die Schläuche werden nach dem Backen wieder entfernt. Im Autoklav-Prozess erfährt das Material eine starke Verpressung durch den aufgebrachten Druck. Gleichzeitig wird im Laminat zur Entlüftung Vakuum gezogen. Eine sorgfältige Prozesskontrolle anhand von Messdaten erlaubt es die Qualität jedes einzelnen Bauteils zu verifizieren. Da bei der Herstellung von Carbon-Rahmen extrem viel Handarbeit nötig ist, wird mittlerweile fast alles in China und Taiwan produziert. Wir lassen unsere Rahmen hingegen in Taiwan fertigen. Was man den neuen, fertigen Bikes auf den ersten Blick nicht ansieht, ist der große Vorbereitungsaufwand dahinter, bevor die eigentliche handwerkliche Fertigungsaufwand beginnt: die Produktion eines Rahmens unterteilt sich vorab in mehrere Prozessschritte, an deren Beginn der Zuschnitt der Carbonlagen steht. Nach einem Grobzuschnitt erfolgt der exakte Formzuschnitt mittels CNC-gesteuerter Schneidemaschinen. Denn ein Rahmen besteht zum Teil, je nach Größe und Komplexität, aus 1.000 Carbon-Zuschnitten, jeder einzelne systematisch entwickelt und in seiner Form auf die Belastungen der zugehörigen Rahmenabschnitte ausgelegt. Eine Lage Carbon besteht aus zwei Layern mit zusammen 0,2 mm Stärke, je nach notwendiger Wandstärke und Bauteil werden mehrere übereinander laminiert. Anschließend beginnt die eigentliche Lamination. Unsere hohe Prozess- und Verarbeitungsqualität ermöglichen es die Materialmenge auf das erforderliche Minimum zu reduzieren. Bei der Masterpiece Serie verzichten wir beispielsweise auf das Schleifen der Oberfläche, wodurch tragende Struktur entfernt würde und geben den Blick frei auf die handlaminierte Struktur des unidirektionalen Carbons. Dabei sind unsere Carbon Rahmen mehr als einfach nur leicht: Neben der Qualität von Faser und Matrix ist augrund des vorhin erwähnten massiven Handarbeitanteils die Fertigungsqualität entscheidend für das Leichtbaupotenzial unserer Rahmen. Es werden Festigkeitsanforderungen erfüllt, die weit über den Normen liegen. Nur wenn die Prepreg-Lagen optimal miteinander verpresst werden, kann eine tragfähige Struktur entstehen. Dabei zählt handwerkliches Geschick und Sorgfalt genauso dazu, wie das Fertigungsverfahren an sich. Dabei fügen die Spezialisten Schicht für Schicht nach exakten Vorgaben eines Lageplans aneinander. Die fertigen Bauteile werden in einer Metallform, die ein wenig an eine Backform erinnert, eingelegt und fixiert. Anschließend wandert das Ganze in den Ofen, wo unter hohem Druck und Temperaturen um die 80 °C der Rahmen seine endgültige Form und Stabilität erhält. Sorgfältiges Arbeiten erfordert auch das Entformen, also das Herauslösen des Rahmens aus seiner Metallform. Die anschließende Nachbearbeitung von Hand beinhaltet die Säuberung von Graten sowie die Entnahme der für das Formen notwendigen Schläuche und Silikonbestandteile aus dem Inneren des Rahmens. Am Ende der Fertigung steht das aufwändige Finish in mehreren Arbeitsschritten inklusive Aufbringung des Dekors.

Materialkunde

Materialkunde Titan



Definition von Titan
Titan ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Ti und der Ordnungszahl 22. Es gehört zu den Übergangsmetallen und steht im Periodensystem in der 4. Nebengruppe (Gruppe 4).Titan hat ein stahlähnliches Aussehen, und ist ein gut schmiedbares Leichtmetall. Titan hat Festigkeitseigenschaften im Bereich von vergüteten Stählen und behält diese Eigenschaften bis in Temperaturbereiche von ca. 635 °C bei. Je nach Legierung beträgt die Zugfestigkeit zwischen ca. 750 und 1150 N/mm2. Mit einem spezifischen Gewicht von 4,51g/cm3 ist Titan jedoch fast um die Hälfte leichter als Stahl. Seine Schmelztemperatur (1.660 °C) liegt über der von Stahl. Benannt nach dem ältesten Göttergeschlecht der griechischen Mythologie, gilt es wie dieses als nahezu unverwüstlich. Es überzieht sich an der Luft mit einer äußerst beständigen Oxidschicht, dadurch ist die Korrosionsbeständigkeit von Titan außerordentlich hoch. Titan ist u.a. widerstandsfähig gegen alkalische Lösungen, verdünnte Salzsäure und verdünnte Schwefelsäure, Chloridlösungen, Seewasser und organischen Säuren.Titan ist antimagnetisch. Dadurch ist es unter anderem auch nahezu völlig unempfindlich selbst im Umfeld starker Wirbelstromfelder, bei denen andere gängige Materialien sich bis in unakzeptable Bereiche aufheizen. Die hohe Wirksamkeit im Bereich EMV-Abschirmungen prädestiniert Titan für viele Anwendungen, in denen andere Werkstoffe versagen oder nur unzureichende Dämpfungswerte liefern können, immer natürlich bezogen auf das Gewicht und die Materialstärken der Teile. Nur am Rande erwähnt, weil in der Regel weniger wichtig: Titan ist das einzige Element, welches in einer reinen Stickstoffatmosphäre brennt.Titan wird auch als Mikrolegierungsbestandteil für Stahl verwendet. Es verleiht Stahl bereits in Konzentrationen von 0,01-0,1 Prozent Massenanteil eine hohe Zähigkeit, Festigkeit und Duktilität. In rostfreien Stählen verhindert Titan die interkristalline Korrosion. In Legierungen mit Eisen, Aluminium, Molybdän oder Mangan ist Titan Bestandteil hochfester, leichter und hitzebeständiger Werkstoffe für den Flugzeug-, Schiffs- und Reaktorbau. In der Chirurgie werden Knochennägel aus Titan verwendet. Ein Drittel des Triebwerks moderner Passagierflugzeuge besteht mittlerweile aus Titan. Bauteile chemischer Anlagen, die korrosiven Einflüssen ausgesetzt sind, werden vielfach aus Reintitan hergestellt.

Vorkommen von Titan
In der Erdkruste gehört Titan zu den zehn häufigsten Elementen, kommt jedoch nur chemisch gebunden als Bestandteil von Mineralien vor, vor allem bei: Ilmenit FeTiO3, Rutil TiO2, Perowskit CaTiO3. Und obwohl es sehr verbreitet ist, kommt es doch nur selten in größeren Lagerstätten vor. Fast jeder Ackerboden enthält übrigens ca. 0,5% Titan. Die Hauptvorkommen liegen in Australien, Skandinavien, Nordamerika, dem Ural und Malaysia. Im Jahr 2010 wurden in Paraguay Vorkommen entdeckt, deren Ausbeutung bis dato jedoch lediglich geplant ist.Der verwendete Herstellungsprozess zur Gewinnung von reinem Titan ist sehr aufwendig, was sich im hohen Preis für Titan niederschlägt. Der Herstellungsprozess für eine vergleichbare Mengeneinheit ist 35-mal teurer als verbreitete Stahllegierungen bzw. 200-mal teurer als Rohstahl.

Gewinnung
Wegen der Reaktion des Titans mit den üblichen Reduktionsmitteln ist die Herstellung nicht durch Reduktion des Oxids möglich. Erst seit Entwicklung des sogenannten Kroll-Prozesses zur Titanschwammgewinnung ist die Herstellung in großer Menge möglich und fast unverändert: meist vom Ilmenit oder Rutil ausgehend, wird angereichertes Titandioxid in der Hitze mit Chlor und Kohle zu Titantetrachlorid und Kohlenstoffmonoxid umgesetzt. Schon das ist nicht gerade billig, unter anderem weil Titantetrachlorid ätzend ist und deshalb die Sicherheitsmaßnahmen hoch sein müssen. Richtig teuer wird es, wenn im nächsten Schritt, dem eigentlichen Kroll-Verfahren, das Titantetrachlorid unter Luftabschluss und bei Temperaturen um 800 Grad mit flüssigem Magnesium reduziert wird, so dass Magnesiumchlorid und reines Titan entstehen. Das dauert in einem Reaktor von einem Meter Durchmesser und vier Meter Höhe ungefähr eine Woche. Dabei setzt sich das nun feste Titan an den Wänden ab und wächst dann nadelförmig in den Reaktor hinein. So entsteht der Titanschwamm, reines Titan zwar, aber zum Schmieden viel zu spröde. Zur Herstellung von bearbeitbaren Legierungen muss der gewonnene Titanschwamm im Vakuum-Lichtbogenofen umgeschmolzen werden. Jetzt hat man erst den Rohstoff gewonnen für die Fertigung von Titanhalbzeugen wie Rohre, Bleche, Platten oder Stangen.Kurzfassung:ERZ (RUTIL/ILMENIT) -> TITANTETRACHLORID -> TI-SCHWAMM -> TI-LEGIERUNGEN -> TI-HALBZEUGE

Klassifizierung von Titan-Legierungen in Alpha-, Alpha-Beta, und Beta-Legierungen
Unterhalb von 882°C liegt Titan hinsichtlich seiner Struktur als hexagonales Alpha-Titan vor, darüber geht es in kubisch raumzentriertes Beta-Titan über. Dieser Übergangspunkt von Alpha nach Beta wird Transus Beta bzw. T,B genannt. Und genau dieser Übergangspunkt bestimmt, zu welcher Klasse eine Titanlegierung gehört. Zu den generellen Legierungseinteilungen von Titan kann noch gesagt werden, dass, je nach Zutun von Legierungselementen, diese Legierungselemente entweder die Alpha- oder die Betaphase der Legierung stabilisieren. Das heißt aber auch, dass Alpha-Elemente den Wert von T,B erhöhen und Beta-Elemente den T,B-Wert senken. Die Legierungselemente einer Titanlegierung haben somit auch direkten Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes. Denn aufgrund der oben erwähnten hexagonalen Kristallstruktur ist Titan nur relativ schlecht umformbar. Bei der Herstellung von Titanblech aus Titanblöcken macht beispielsweise das Walzen ca. 50 % der gesamten Kosten des Produktes aus.
- Alpha-Legierungen Titan-Alphalegierungen haben hohe Anteile an Aluminium, erreichen hohe Festigkeitswerte und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen zwischen 300 und 500 °C. Alphalegierungen können nicht vergütet werden, sie sind jedoch gut schweißbar. Unsere verwendeten Rohrsätze beispielsweise gehören zu den Alpha-Legierungen.
- Alpha-Beta-Legierungen Legierungsbestandteile wie Chrom, Kupfer, Eisen, Mangan, Molybdän, Tantal, Columbium erhalten das Beta-Gefüge bis in den normalen Temperaturbereich. Ein Vergüten ist möglich, wodurch hohe Festigkeitswerte erzielt werden können. Nachteilig ist die entsprechend höhere Sprödigkeit, welche die Verformbarkeit beeinträchtigt. Diese Legierung besitzt eine noch ausreichende Duktilität (Bruchdehnung ca. 20%), daher verwenden wir sie für aus dem Vollen gefräste CNC Teile.
- Beta-Legierungen Reine Betalegierungen haben einen höheren Anteil an beta-stabilisierenden Legierungsbestandteilen. Durch Wärmebehandlung (Vergüten) lassen sich sehr hohe Festigkeitswerte erzielen. Betalegierungen weisen eine extrem hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Beide Eigenschaften ermöglichen hochfeste Verbindungselemente für chirurgische Implantate.
- Einteilung in Grades Titan-Legierungen werden häufig nach dem US-amerikanischen Standard ASTM (American society for testing and materials) mit Grade 1 bis 35 charakterisiert. Grade 1 bis 4 bezeichnet Rein-Titan verschiedener Reinheitsgrade. Sie stellen die weichste Titanlegierung dar und sind ausgezeichnet kaltverformbar. Sie gehören zur Klasse der Alpha-Legierungen.

Wir verwenden für unseren Rahmenbau nur 2 verschiedene Grades, nämlich Grade 5 (Ti6Al4V, EN 3.7165/3.7164) und Grade 9 (TiAl3V2.5, EN 3.7195)
Grade 5: Die Ti6Al4V Legierung ist die am weitesten verbreitete Titanlegierung der Alpha-Beta-Klasse, gleichzeitig ist es auch die häufigste aller Titanlegierungen weltweit. Diese Legierung besitzt eine noch ausreichende Duktilität (Bruchdehnung ca. 20%), daher verwenden wir sie für aus dem Vollen gefräste CNC Teile.
Grade 9: TiAl3V2.5 ist hingegen eine Alpha -Legierung. Das Material weist eine gute Duktilität und sehr hohe Festigkeit auf . Es wird in einer großen Bandbreite von Rohrprodukten eingesetzt, von Flugzeugleitungen bis hin zu den Rohrsätzen unserer Fahrradrahmen. Hohe Al-Gehalte führen allerdings zu Spannungsrisskorrosion, daher muss der Al-Gehalt auf etwa 3% limitiert sein.

Eigenschaften von Titan
Ab 550 - 600°C starke Beschleunigung der Oxidation; daher sehr aufwändiger und kostenintensiver Schweißvorgang unter Ausschluss von Sauerstoff erforderlich. Wir schweißen unsere Rahmen mit Hilfe der sog. Argonspültechnik.

Häufig nur bei hohen Temperaturen umformbar: daher werden unsere Rahmen unter penibler Einhaltung einer fest vorgegebenen Schweißreihenfolge gefertigt. Ein nachträgliches Ausrichten unserer Rahmen ist sehr schwierig, da der Rahmen wieder in die Ausgangsposition zurückwandert.

Niedriger E-Modul (kann auch von Vorteil sein): sehr geringe Dellengefahr an unseren Rahmen, auch nach Unfällen oder Stürzen.

Spanende Bearbeitung sehr schwierig: dennoch werden alle neuralgischen Punkte wie das Ausfallende, die Anschläge oder die Postmount-Bremssattelaufnahme aus dem sehr harten Grad 5 Titan CNC gefräst.

Ausgeprägte Isotropie des Werkstoffs Titan: multidimensionale Krafteinleitungen in den Rahmen können vom Material hervorragend absorbiert werden. Im absoluten Gegensatz dazu: Carbonrahmen - diese sind anisotrop.

Sehr hoher Preis: sowohl bei der Gewinnung der Rohstoffe als auch bei der weiteren Verarbeitung wie der CNC-Bearbeitung und dem verzugfreiem Heften und Schweissen des Rahmens.

Hohe spezifische Festigkeit: dies erlaubt sehr leichte und gleichzeitig sehr steife Rahmen mit einer langen Lebenserwartung.

Geringer Festigkeitsabfall bei erhöhten Temperaturen: dies führt zu keinen negativen Implikationen auf die Dauerhaltbarkeit unserer Rahmen auch im Bereich der Schweißnaht.

Hohe Duktilität, auch bei tiefen Temperaturen: enorme Sicherheitsreserven unserer Rahmen und Titankomponenten, denn ein unerwartetes Versagen oder Reissen bei sicherheitsrelevanten Bauteilen wie beim Lenker oder der Gabel ist nahezu auszuschließen. Titan kann sich um mehr als 30% plastisch verformen, bevor es reisst. Im Übrigen ganz im Gegensatz zu Carbon, das sich lediglich 0 bis maximal 5 % verformen kann, bevor es reisst.

Hohe Ermüdungsfestigkeit: dadurch können wir uns die positiven Dämpfungseigenschaften zu Nutze machen, ohne dass das Material eine Einbuße bei der Dauerhaltbarkeit erfährt.

Hohe Korrosionsbeständigkeit vor allem gegen Salzwasser und Körperflüssigkeiten (TiO2 - dichte Schutzschicht, schnelle Bildung): dadurch eignen sich unsere Rahmen vor allem für den Ganzjahreseinsatz, Streusalz im Winter kann der Oberfläche nichts anhaben, da sie durch eine sehr beständige oxidische Schutzschicht (Passivierungsschicht) umgeben ist.

Darum verwenden wir Titan im Rahmenbau


  • Puristisch - zeitlos - schön
    Unsere Titanrahmen zeichnen sich durch extreme Langlebigkeit aus. Aufgrund seines puristischen Auftritts ist ein Titanrahmen absolut zeitlos und keinem Trend unterworfen. Der Werterhalt ist wesentlich höher als bei jedem anderen Rahmenmaterial. Wir vermeiden jeglichen Einsatz von Lacken oder Aufklebern. Die nackten Rahmen sollen durch ihre handwerkliche Perfektion des Erbauers erfreuen, erfordern aber im Herstellungs- und Finishingprozess eine entsprechende Portion Handarbeit. Die Oberfläche von Titan ist sehr unempfindlich gegenüber Kratzern und anderen Umwelteinflüssen.
  • Komfort durch Eigendämpfung
    Ein Titan-Fahrradrahmen ist komfortabel und bei der Verwendung hochwertiger Rohrsätze zugleich äußerst fahrstabil. Denn Titanrahmen weisen einen überaus hohen Dämpfungswert auf. Für die Absorption von Stoßenergie spielt die Eigendämpfung eine wesentliche Rolle. Durch die innere Reibung wird eingeleitete Energie abgebaut. Es lassen sich aus Titan daher Rahmen fertigen, die Schwingungen schnell abklingen lassen.
  • Langlebigkeit durch Widerstandsfähigkeit / kaum Materialermüdung
    Titanrahmen zeichnen sich durch ihre außergewöhnliche Robustheit und höchste Lebensdauer im Vergleich zu Rahmen anderer Materialien aus. Das Risiko, seine Rahmen bei einem Sturz zu beschädigen, ist für den Besitzer von Titanrahmen mit Abstand am geringsten. Die Titanoberfläche ist unempfindlich gegenüber plastischen Verformungen oder Rissen. Titanlegierungen vereinigen die hohe Festigkeit von Stahl, aber eben mit der doppelten Elastizität von Stahl (= geringes E-Modul). Gleichermaßen hervorragend ist die chemische Resistenz des Materials: Streusalz oder Schweiß können der bereits oxidierten Oberfläche nichts anhaben.
  • Niedriges E-Modul
    Titanrahmen zeichnen sich durch sehr geringe Dellengefahr aus, auch nach Unfällen oder Stürzen.
  • Ausgeprägte Isotropie des Werkstoffs Titan
    Multidimensionale Krafteinleitungen in den Rahmen können vom Material hervorragend absorbiert werden. Im Gegensatz dazu: Carbonrahmen - diese sind anisotrop. Dadurch verhalten sich Titanrahmen in allen Fahrsituationen und Kurvenlagen immer gleich berechenbar.

Materialkunde Stahl



Definition von Stahl
Stahl bezeichnet alle metallischen Legierungen, deren Hauptbestandteil Eisen ist und die durch Schmieden oder Walzen plastisch umformbar sind. Der metallische Werkstoff Stahl ist eine Legierung (=Mischung auf atomarer Basis) des Elementes Eisen mit anderen nichtmetallischen oder metallischen Elementen. Das wichtigste Legierungselement für Stahl ist der Kohlenstoff. Durch Menge und Art der Legierungselemente lassen sich erwünschte Gebrauchseigenschaften erreichen und weniger erwünschte Eigenschaften unterdrücken.Nach der klassischen Definition ist Stahl eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die weniger als 2,06 % (Masse) Kohlenstoff enthält. Bei höheren Anteilen von Kohlenstoff spricht man von Gusseisen, hier liegt der Kohlenstoff in Form von Graphit vor.

Was bedeutet Edelstahl?
Nichtrostender Stahl wird auch als Edelstahl bzw. hochlegierter Stahl bezeichnet. Diese Stähle enthalten im Allgemeinen mindestens 12 % Chrom und sind beständig gegen oxidierende Angriffsmittel. Höhere Chromgehalte und weitere Legierungsbestandteile, wie Nickel, Molybdän, Titan oder Niob verbessern die Korrosionsbeständigkeit. Entgegen weit verbreiteter Meinung bezeichnet Edelstahl nicht zwangsläufig einen chemisch besonders reinen, rostfreien oder nichtrostenden Stahl. Edelstahl ist ein legierter oder unlegierter Stahl, der sich durch besondere Gefügegleichmäßigkeit und weitgehende Freiheit von nicht metallischen Beimengungen wie z.B. Schwefel oder Phosphor auszeichnet. Die rostfreien Stähle werden in zwei Stahlgruppen aufgeteilt, die sich auf den Gefügezustand beziehen. Einmal die ferritischen und martensitischen Stähle (magnetisch) und zum andern die austenitischen Stähle (nicht magnetisch). Neben den Eisenerzen als Hauptrohstoff werden den nichtrostenden Stählen die verschiedensten Legierungselemente zulegiert. Dies sind insbesondere Chrom (15,5 - 19 %), Nickel (8,5 - 13,5 %) und Molybdän (2 - 2,5 %). Daneben können in kleinsten Mengen Mangan und Titan hinzulegiert werden.

Klassifizierung von Stahl
Metalle (vom griech. Metallon = Bergwerk) werden in der Metallindustrie und im Handel unterschieden in Eisenwerkstoffe (=Eisen und Stahl) und Nichteisenmetalle (wie Kupfer, Zink, Bronze oder Messing). Je nach Legierungselementen und Kohlenstoffgehalt wird Stahl unterschieden in:
  • 1.) unlegierter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt < 0,2 %, und der mit Ausnahme des Elementes Mangan, kein Element mit mehr als 0,5% Anteil beinhaltet.
  • 2.) niedriglegierter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt > 0,2 % und weiteren Legierungselemente unter 5 %
  • 3.) hochlegierter Stahl mit einzelnen Legierungselementen von über 5 %.
Für besondere physikalische Eigenschaften wie hohe Zugfestigkeit sind immer hochlegierte Stähle erforderlich. Für unseren Rahmenbau kommen daher nur hochlegierte Stahllegierungen als Rohstoff zum Einsatz, welche die spezifischen Anforderungen beim Radsport am Besten erfüllen.

Eigenschaften von Stahl
Typische Stahleigenschaften sind: gute Verformbarkeit, Strapazierfähigkeit, hohe Zugfestigkeit und Fließgrenze, gute Wärmeleitfähigkeit und, im Fall von rostfreiem Stahl, eine hohe Korrosionsbeständigkeit.Stähle sind die am meisten verwendeten metallischen Werkstoffe.Kohlenstoffgehalt, Art und Menge der Legierungselemente, aber auch die Prozessführung, insbesondere die Temperaturführung der Verhüttung und Verarbeitung, steuern die Eigenschaften eines Stahls. Das wichtigste Legierungselement im Stahl ist Kohlenstoff. Die Bedeutung von Kohlenstoff im Stahl ergibt sich aus seinem Einfluss auf die Stahleigenschaften. Im Allgemeinen wird Stahl mit höherem Kohlenstoffanteil fester, aber auch spröder. Durch Legieren mit Kohlenstoff und anderen Elementen in Kombination mit Wärme- und thermomechanischer Behandlung (gleichzeitige thermischer Behandlung mit plastischer Umformung) können die Eigenschaften von Stahl für einen breiten Anwendungsbereich angepasst werden. Der Stahl kann zum Beispiel sehr weich und dafür ausgezeichnet verformbar hergestellt werden, wie etwa das Weissblech der Getränkedosen. Demgegenüber kann er sehr hart und dafür spröde hergestellt werden, wie z. B. martensitische Stähle für Messer (Messerstahl). Moderne Entwicklungen zielen darauf, den Stahl gleichzeitig fest, leicht und duktil (verformbar) herzustellen.

Darum verwenden wir Stahl im Fahrradrahmenbau



Unsere Rahmen werden ausschließlich mit hochlegierten und mehrfach konifizierten Rohren im WIG Schweißverfahren gefertigt und in Manufakturarbeit aufgebaut. Diese Produktionsweise hat diverse Vorteile: wir können die Geometrie individuell nach unseren Vorstellungen gestalten, etwas was die Muffenbauweise beispielsweise nicht zulässt, da die Muffen die Geometrie vorgeben. Auch gegenüber gelöteten Rahmen führt diese Bauweise zu einem verwindungssteiferen und robusteren Endprodukt als ein gelöteter Stahlrahmen. Trotzdem sind unsere Stahlrahmen noch ausreichend flexibel, um den stahltypischen Fahrkomfort zu garantieren. Zudem ermöglichen unsere Stahlrahmen aufgrund der extrem hohen Festigkeit der verwendeten Rohrsätze einen reduzierten Rohrdurchmesser. Das Thema Nachhaltigkeit ist gleichermaßen eines der zentralen Unternehmenswerte unserer Firma, keine oberflächliche Gewissensberuhigung. In unserem ganzheitlichen Ansatz werden die Stoffkreisläufe mit allen umweltrelevanten Aspekten einbezogen. Die Ökobilanz unserer Fahrräder haben wir während der gesamten Wertschöpfungskette im Auge, von der energieeffizienten Gewinnung der notwendigen Rohstoffe, der extrem langen Haltbarkeit des Endproduktes, bis hin zur Wiederverwertbarkeit. Bei der Gewinnung und Verarbeitung von Aluminium fallen zum Teil sehr toxische Abfallprodukte an, Unfälle führen zu erheblichen Umweltschäden. Die Förderung von Aluminium findet häufig in Ländern mit sehr fragwürdigen Bedingungen statt. Nicht so bei Stahl. Der Abbau ist umwelttechnisch und politisch unbedenklich. Bezieht man dann noch die hohe Lebensdauer von Stahl ins Kalkül mit ein, schont Stahl unsere knappen Ressourcen tatsächlich am nachhaltigsten: die Herstellung verbraucht wenig Energie und hinterlässt kaum umweltschädliche Abfallprodukte.

Materialkunde Carbon



Carbonfasern werden auf der Basis organischer Ausgangsmaterialien gewonnen. Die heute gebräuchlichen im Bikesport verwendeten Carbonfasern sind HT (HighTenacity) und IM (Intermediate Modulus), darüber hinaus gibt es gängige Spezifikationen wie HM, UM, UHM, UMS und HMS. All diese Fasertypen werden aus Polyacrylnitril, kurz PAN genannt, durch Stabilisierungsreaktionen an der Luft und anschließend unter Schutzgas, einer Pyrolyse, hergestellt. Hierbei wird durch das Anlegen einer Zugspannung unter Schutzgasatmosphäre, sowie einer hohen Prozesstemperatur, ab ca. 1300°C, die Molekularstruktur so umgebaut, dass hohe mechanische Werte erzielt werden, wie Festigkeit, Steifigkeit und E-Modul, sprich Bruchdehnung. Bei diesem Prozess werden alle übrigen Elemente vom Kohlenstoff gasförmig aus dem Verbund gelöst, mit steigender Temperatur nimmt somit die Reinheit auf 96-98% zu. Die eigentliche Carbonisierung / Graphitierung setzt oberhalb von 1800°C ein, hierbei werden die molekularen Strukturen für maximale mechanische Eigenschaften optimiert. Die Graphitierung wird bis ca. 3000°C durchgeführt, entsprechend hochwertiger und kostenintensiver ist dann das Rohmaterial. Die daraus gewonnene Carbonfaser, Fachbegriff Filament, hat typischer Weise einen Durchmesser von 6 µm, ein menschliches Haar liegt bei 50 µm ! Diese Filamente werden nun zu Bündeln, sogenannten Rovings von 1K bis 24K zusammengefasst, also Strängen, Rovings, von 1000 bis 24000 Einzelfilamenten (!). Diese Faserbündel wiederum werden dann zu unidirektionalen (UD) Bändern oder UD Gelegen vernäht, oder zu unterschiedlichen Gewebestrukturen wie Köper- / Atlas- oder Leinwandbindungen verwoben, man spricht nun von einem textilen Halbwerkzeug das zur Herstellung von Carbonbauteilen verarbeitet wird. Eine weitere Variante wäre die direkte Verarbeitung mit einem voll- oder halbautomatischen Wickelverfahren, Fachbegriff „filament winding“. Der Herstellungsprozess der Carbonfilamente ist hoch technologisch und ausgeklügelt, weshalb es auch nur wenige Firmen dafür gibt. Mehr als 90% des Rohmaterials weltweit kommen von sechs Firmen: Cytec, Hexcel, Toray, Mitsubishi Rayon, Zoltek. Ökologisch hat die Leichtbautechnik durch diesen energetisch intensiven Herstellungsprozess eine hohe Anfangshypothek. Ein Crashreplacement führt zu einer katastrophalen Ökobilanz, im Gegensatz zu einer Carbonreparatur.

Der gebräuchliche Ausdruck Carbon ist genau genommen nicht korrekt. Carbon als textiles Halbwerkzeug ist nur eine Komponente in Leichtbauteilen. Die exakte Beschreibung lautet: CFK - Carbon-Faserverstärkter Kunststoff. Das textile Halbwerkzeug muss durch eine sogenannte Matrix in Position gehalten, gebunden werden, um seine exzellente mechanischen Eigenschaften im Bauteil entfalten zu können, dem Epoxydharz. Das was gewöhnlich als Carbon bezeichnet wird, ist also ein Compositeverbund aus Faser und Harz. An dieser Stelle sei angemerkt, das dieser Aspekt ein Recycling erschwert, bzw. es nach aktuellem Stand der Technik zum einem Downcycling kommt, da die Faser als Ganzes nicht mehr aus dem Verbund gelöst werden kann, mechanisch geschreddert wird, oder durch chemische Prozesse zur Lösung der Matrix in ihren Eigenschaften reduziert wird. Die Fahrradindustrie verwendet in der Fertigung überwiegend sogenannte Prepregs, also vorgetränkte Halbwerkzeuge, welche unter Raumtemperatur verarbeitet werden können und dann im Ofen unter Druck ausgehärtet werden. Nahezu jeder Markenhersteller bewirbt seine Modelle mit Schlagwörtern wie z.B. Hightenacity (HT), Ultrahighmodulus (UHM) oder Highmodulus (HM) etc. Diese Begrifflichkeit stammt jedoch von der JCMA, der Japanese Carbon Fiber Manufacturers Association, basierend auf den mechanischen Eigenschaften der unterschiedlichen Fasertypen, wie Steifigkeit und E-Modul. Um mehr Alleinstellungsmerkmal und Aufmerksamkeit im Marketing zu bekommen kreieren einzelne Hersteller neue Slogans / Abkürzungen, die das Carbonfahrrad sprichwörtlich nicht neu erfinden und keine neue Materialtechnologie implementieren, sondern lediglich deren Anwendung / Verarbeitung in einem Carbonbike.

Darum verwenden wir Carbon im Fahrradrahmenbau



Heutzutage sind die gängigsten Anwendungsgebiete für CFK in der Luftfahrt, der Raumfahrt, in der Automobilindustrie und in der Windenergie zu finden, aber auch in der Sportindustrie kann CFK gleichermaßen vielfältig eingesetzt werden. Carbon ist daher aus der Radindustrie nicht mehr wegzudenken. Bei Gabeln oder Lenker sind diese schon länger "Stand der Technik", vor allem im gewichtsrelevanten Road und Gravel Segment. Auch die Schaltungshersteller bieten kaum noch eine Kurbel ab der Mittelklassegruppe an, die nicht aus Carbon ist. Für gewisse Segmente, wo Gewicht alles ist, ist ein Carbonrahmen also unumgänglich. So auch bei PARAPERA.

Carbon ist sicherlich nicht der nachhaltigste Werkstoff, was sowohl für die Herstellung, die Arbeitsbedingungen und auch das Thema Recycling gilt. Fakt ist aber auch: Carbon lässt sich verantwortungsbewusst herstellen und konsumieren. Wenn man eine ehrliche Nachhaltigkeits- und Energiebilanz über die Fertigungsprozesse und Lebenserwartung von Fahrrädern aufstellt, verhält es mit großem Abstand so, dass eigentlich die E-Bikes in diesen Aspekten am schlechtesten abschneiden. Da fällt Carbon in der Relevanz dessen auf die vierte Nachkommastelle. Insofern müsste man sich als „grünes“ Unternehmen von E-Bikes zuerst trennen, bevor man Carbonrahmen verurteilt.

Warum verbauen wir also Carbon bei unseren PARAPERA Rennrad - und Gravel-Rahmen? Als Material für performanceorientierten Fahrradrahmen zeichnet sich die Kohlenstofffaser und damit auch der Werkstoff Carbon durch besondere Leichtigkeit, hohe Steifigkeit, extreme Festigkeit bei gleichzeitig hervorragende Dämpfung aus. Die extrem belastbaren Carbonfasern werden in mehreren Lagen zur gewünschten Rahmenform aufgebaut. Trotz der hohen Stabilität von Stahl ist Carbon 80 Prozent leichter als Stahl bei gleicher Belastbarkeit. Zudem ist es nahezu beliebig formbar und korrosionsfrei. Eine hohe Temperaturbeständigkeit mit einer kaum messbaren Wärmeausdehnung ist neben seiner extremer Festigkeit und Steifigkeit ein weiterer Vorzug von Carbon.

Negativ bemerkenswert ist hingegen die Anisotropie der Kohlenstofffasern. Anisotrop bedeutet in verschiedene Raumrichtungen unterschiedliche Eigenschaften. Gegensatz isotrop (in alle Raumrichtungen gleich). Ein Material hat anisotrope Eigenschaften, wenn diese in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich sind, beispielsweise die Steifigkeit, Zugfestigkeit oder die Leitfähigkeit. Auf Carbonrahmen bezogen bedeutet dies, dass diese nur auf Zug belastbar sind und nicht auf Druck. Darauf gilt es zu achten.
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