Welches Rahmenmaterial ist am besten geeignet?

Bietet Carbon die unübertroffen besten Eigenschaften? Ist Aluminium nur eine „Low-Cost“-Angelegenheit? In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf die Rahmenmaterialien von Renn- und Mountainbikes.

Es mag den Anschein haben, dass die Frage der Materialien für Fahrradrahmen relativ übersichtlich ist und man auf zahlreiche Stereotypen stößt. Aluminium ist günstig, aber schwer, Carbon hingegen teuer und leicht. Titan ist nur etwas für Kenner, und Stahl? Der ist doch wohl mit dem Aussterben der klassischen Favorit-Räder gestorben. Doch wie so oft ist die ganze Sache nicht so einfach.

Aluminium vs. Carbon

Die zwei gängigsten Materialien, denen wir bei Fahrradrahmen begegnen, sind Aluminium und Carbon. Ersteres dominiert das Segment der „erschwinglicheren“ Fahrräder, letzteres die Welt des Rennsports und der Performance. Doch Aluminium ist nicht gleich Aluminium und Carbon nicht gleich Carbon. Nicht selten hört man die Behauptung, dass hochwertiges Aluminium mit seinen Eigenschaften billiges Carbon übertreffen kann. Das Flaggschiff unter solchen Fahrrädern ist eindeutig die CAAD-Reihe (Cannondale Advanced Aluminium Design). Was sind also die Vor- und Nachteile dieser beiden starken Akteure?

Aluminium

Aluminiumrahmen sind derzeit am weitesten verbreitet und wahrscheinlich auch am einfachsten in Massenproduktion herzustellen. Und auch das am besten geeignete Material, wenn man gerade erst mit dem Rennrad- oder Mountainbikefahren beginnt. Oder wenn man ein geringeres Budget hat. Es ist relativ leicht, korrosionsbeständig und verursacht beim Bezahlen des Fahrrads keinen Herzinfarkt. Außerdem ist es für sein Gewicht relativ steif.


Die Steifigkeit führt jedoch auch zu einigen, nicht allzu verlockenden Eigenschaften. Die erste davon betrifft eher Rennräder. Wir wollen uns nichts vormachen, die Straßen sind, wie sie sind, und als ich sie noch mit einem älteren Aluminium-Rennrad befuhr, dachte ich mir oft: „Hätte ich doch schon Carbon…“. Ganz einfach – da ein Aluminiumrahmen steif ist, geht die Fähigkeit verloren, Vibrationen von der Straße zu absorbieren (auch Carbon löst das Problem mit schlechten Straßen nicht perfekt).


Ein noch signifikanteres Negativum ist jedoch, dass jedes Aluminium früher oder später reißt und eine Reparatur meist nicht realisierbar ist. Auf der Straße sind dies eher Ausnahmen (die Rahmen werden hier nicht so stark beansprucht), aber wenn wir uns anspruchsvollere Disziplinen wie Enduro oder Downhill ansehen, sind gerissene Rahmen hier häufiger anzutreffen. Besonders bei schwereren Fahrern.

Vorteile von Aluminiumrahmen

• relativ leicht,
• verhältnismäßig einfach zu bearbeiten,
• günstig,
• korrosionsbeständig,
• heutzutage auch schön – Schweißnähte können geglättet werden.

Nachteile von Aluminiumrahmen

• dämpfen Unebenheiten nicht – daher weniger komfortabel,
• Risse bedeuten das Ende des Rahmens (können nicht sicher repariert werden).

Wüsstest du, dass…?
Jede Aluminiumlegierung hat eine vierstellige Bezeichnung. Der Grundstoff des Rahmens ist immer (natürlich) Aluminium. Da es sich jedoch um ein relativ weiches Metall handelt, ist die Zugabe weiterer chemischer Elemente – Magnesium, Chrom, Kupfer, Eisen und so weiter – notwendig. Genau diese Zusätze werden durch die erste Ziffer der vierstelligen Zahl ausgedrückt. Wenn wir zum Beispiel die gängigste Legierung 6061 unter die Lupe nehmen, stellen wir fest, dass Aluminium hauptsächlich mit Magnesium und Silizium legiert wurde. Die restlichen Ziffern bezeichnen die Spezifität der Legierung oder einen bestimmten Typ.

Carbon

Der Traum jedes Rennfahrers? Natürlich ein Carbon-Fahrrad! Es mag überraschend sein, aber die größte Stärke von Carbon ist nicht seine Leichtigkeit. Carbonrahmen sind steif, aber gleichzeitig komfortabel. Darin unterscheiden sie sich von Aluminium, das in den meisten Fällen relativ leicht und steif ist, aber im Bereich des Komforts Defizite aufweist. Um herauszufinden, warum, müssen wir uns die Herstellung eines Carbon-Fahrrads und das Material selbst genauer ansehen.


Im Gegensatz zu Aluminium, das thermisch geformt wird, benötigen wir für die Herstellung eines Carbonrahmens eine Form. In diese werden anschließend Carbonschichten eingelegt, die durch ein Harzbindemittel miteinander verbunden sind – so entsteht ein Carbon-Verbundwerkstoff. Durch die Art der Schichtung können wir folgende Eigenschaften erzielen:

• Steifigkeit des Rahmens – Über Carbonrahmen wird oft gesagt, dass sie steif sind. Zur einfacheren Verständlichkeit stellen wir uns vor, dass eine bestimmte Kraft auf den Rahmen wirkt. Wenn die Carbonfasern nicht in Richtung der Krafteinwirkung angeordnet sind, ist das Ergebnis Steifigkeit.
• Komfort – Im Gegensatz zu Aluminium ist Carbon zu einer deutlicheren Biegung fähig. Ein schönes Beispiel ist der bekannte Ghost Lector. Seine Sitzstreben sind gebogen (nach dem Vorbild von Blattfedern, die man üblicherweise bei schwereren Lastwagen oder Pick-ups findet) und tragen so zu einer besseren Dämpfung bei. Wenn eine Biegung eines bestimmten Teils des Fahrrads gewünscht ist, werden die Carbonfasern in Richtung der Krafteinwirkung angeordnet.

Und was ist das Beste an diesem Phänomen, das auch Anisotropie genannt wird? Die Richtung der Faseranordnung (und auch die Anzahl der Schichten) kann je nach Bedarf gewählt werden. Dadurch können wir an Stellen wie dem Tretlager Steifigkeit erzielen und so die Kraftübertragung beim Treten maximieren. Umgekehrt können sich bestimmte Stellen des Rahmens bei einem anderen Faserwinkel biegen und so zum Komfort beitragen. Die Biegung von Carbon ist besonders bei MTB-Rahmen mit der Kinematik eines Umlenkhebel-Eingelenkers (Zero-Pivot bzw. Flexpivot) erwünscht, wobei ein Teil vom Dämpfer und ein anderer Teil von den Sitzstreben „aufgenommen“ wird.


Beim Gedanken an einen Carbonrahmen geht auch so manchem „Grammzähler“ das Herz auf. Und wenn es nur dabei bliebe. Aufgrund der Herstellungsweise können wir Formen nach Belieben produzieren und so beispielsweise die Aerodynamik eines Rennrads oder die Dämpfungselemente eines Mountainbikes verbessern. Oder einfach ein Fahrrad mit einzigartigem Design schaffen.


Die Schattenseite von Carbon ist seine Sprödigkeit bei spezifischen Arten von Stößen. Das sieht man von Zeit zu Zeit auch bei World Tour Rennen – gebrochene Rahmen, Lenker, Sattelstützen… diese Fahrräder werden jedoch extremer beansprucht, als wenn ein Hobbyfahrer sein Rad „ranimmt“, und letztendlich? Risse an einem Carbonrahmen (im Gegensatz zu Aluminium) können repariert werden. Es sei denn, es ist ein „Totalschaden“. Worauf jedoch jeder Radfahrer achten muss, ist das Anziehen der Schrauben. Zusammen mit einem Carbon-Fahrrad lohnt es sich auf jeden Fall, einen Drehmomentschlüssel anzuschaffen.

Vorteile von Carbonrahmen

• gewünschtes Verhältnis von Gewicht und Steifigkeit,
• höherer Fahrkomfort,
• Möglichkeit der Formgebung nach Bedarf,
• Materiallebensdauer.

Nachteile von Carbonrahmen

• Preis,
• Anfälligkeit für Beschädigungen bei spezifischen Stößen,
• schwierige Recyclingmöglichkeit.
  

Wüsstest du, dass…?
Das erste kommerziell erfolgreiche Fahrrad mit Carbonrahmen war das Modell Kestrel 4000 bereits im Jahr 1986. Die absolute Premiere hatte jedoch das Modell Bowden Spacelander aus dem Jahr 1960, das für seine Zeit ein recht gewagtes Design hatte – es wurden jedoch nur wenige hundert Exemplare verkauft. Sein Debüt bei der Tour de France feierte ein Carbon-Fahrrad 1989 in Form des Modells Look TVT, das Greg LeMond fuhr.

Stahl

Mein allererstes Rennrad war, wie sollte es anders sein, ein Favorit aus Stahl. Relativ schwer, mit relativ unpraktischer Schaltung, aber meins. Ich muss wohl nicht hinzufügen, dass ich darauf keine Tausende von Kilometern gefahren bin und bald auf Aluminium umgestiegen bin. Stahl beherrschte noch vor 40 – 50 Jahren die Welt des Radsports, nur um später von Aluminium und Carbon verdrängt zu werden. Die Gründe sind einfach – Preis und Gewicht.


Stahl zeichnet sich vor allem durch seine Festigkeit aus, ist aber gleichzeitig überraschend flexibel. Ich erinnere mich, dass ich seinerzeit überlegte, meinen Favorit auf eine 10-Gang-Rennradgruppe umzubauen, und die Breite des Hinterbaus problematisch war. Wo Kraft nicht hilft, hilft mehr Kraft, und bei Bedarf hätte ich die hinteren Streben relativ einfach auseinanderbiegen können… natürlich ist das ein ziemlich „barbarischer“ Eingriff und die Komponenten würden wohl leiden, aber zur Veranschaulichung ist es ideal. Ein starker Pluspunkt ist auch die Langlebigkeit, Festigkeit und die einfache Reparatur eines beschädigten Rahmens.


Hier enden jedoch die positiven Aspekte. Stahlrahmen = schwerer Rahmen (im Vergleich zur Konkurrenz). Da es sich um verarbeitetes Eisen handelt, ist Stahl als einziges der Materialien anfällig für Korrosion. Seinen Platz findet er jedoch bei günstigeren Fitnessrädern. Oder, angesichts seines Preises, im Segment der immer beliebter werdenden Bikepacking-Maschinen. Auch bei der Produktion von Trail-Hardtails macht er eine gute Figur, da er etwas mehr Unebenheiten dämpfen kann. Erleben wir vielleicht eine Wiederbelebung des Slogans „steel is real“?

Vorteile von Stahlrahmen

• Festigkeit,
• Flexibilität (etwas höherer Komfort im Vergleich zu Aluminium),
• Langlebigkeit,
• einfache Reparierbarkeit.

Nachteile von Stahlrahmen

• höheres Gewicht,
• Anfälligkeit für Korrosion.

Wüsstest du, dass…? Im Jahr 1978 lief in Rokycany das millionste Favorit-Fahrrad vom Band. Bis zum Konkurs des Unternehmens im Jahr 2001 wurden über 2.000.000 dieser legendären Fahrräder hergestellt.

Titan

Ein Fahrrad fürs Leben? Eindeutig Titan. Es teilt viele Gemeinsamkeiten mit dem zuvor erwähnten Stahl – es ist langlebig, widerstandsfähig gegen Beschädigungen, relativ einfach zu reparieren – zumindest im Vergleich zu Aluminium. Ein Bonus ist die Korrosionsbeständigkeit. Und ein weiterer Bonus ist, dass Sie nach dem Kauf eines Titan-Fahrrads mindestens einen Monat lang nichts essen werden, da kein Geld mehr übrig ist. Spaß beiseite, die Wahrheit ist jedoch, dass Titanfahrräder ihren Ruf als „die Luxusfahrräder“ bewahren. Dieses Material ist bei „Garagenbauern“ beliebt und führt zu einzigartigen Exemplaren.


Ähnlich wie Aluminium benötigt auch Titan selbst Legierungen wie Vanadium oder Aluminium, um perfekt zu sein. So entsteht eine Titanlegierung, die ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht im Vergleich zu Stahl aufweist, viele Carbon-ähnliche Eigenschaften bietet und nahezu unzerstörbar ist. Die meisten Titanrahmen werden mit einer lebenslangen Garantie versehen.

Warum wird Titan also nicht im professionellen Radsport eingesetzt, wenn es doch so faszinierende Eigenschaften hat? Alles spiegelt sich nämlich im Endpreis wider. Dazu trägt auch die Tatsache bei, dass die Herstellung eines hochwertigen Titanrahmens aufgrund der Formgebung und des Umgangs mit dem Material relativ anspruchsvoll ist. Auch die Schweißmethode ist anders – da Titan im Vergleich zu Aluminium oder Stahl schlechter mit Sauerstoff reagiert, wird beim Schweißprozess Argon verwendet.

Vorteile von Titanrahmen

• Langlebigkeit,
• Widerstandsfähigkeit,
• Verhältnis von Gewicht und Festigkeit.

Nachteile von Titanrahmen

• Preis,
• Anspruchsvolle Verarbeitung.

Man könnte mit weiteren „exotischen“ Materialien wie Magnesium, Bambus oder Holz fortfahren. In letzter Zeit rückt beispielsweise auch der 3D-Druck in den Vordergrund. In unseren Breitengraden trifft man jedoch am häufigsten auf die vier näher beschriebenen Materialien. Bei der Auswahl des konkreten Materials sollten letztendlich auch einige wichtige Fragen berücksichtigt werden:

• wie viel möchte ich in das Fahrrad investieren,
• wie lange möchte ich das Fahrrad fahren,
• das Gewicht des Fahrers.
  

Diese drei Fragen können ebenfalls ein besseres Bild davon vermitteln, welches Rahmenmaterial für den jeweiligen Radfahrer am besten geeignet ist.