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.

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.

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.