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Technik - Mythen und Legenden - Rahmen

Nach 50000 km ist ein Stahlrahmen weichgetreten.
(Die Steifigkeit des Rahmenmaterials nimmt nicht mit der Zeit ab. Der E-Modul bleibt gleich, auch wenn das Material im werkstoffkundlichen Sinne ermüdet. Wenn sich die Mikrorisse zu Makrorissen verbinden, der Rahmen also kurz vor dem Zusammenbruch steht, ist eh alles zu spät.)
Aluminiumrahmen sind grundsätzlich steifer/härter als Stahlrahmen.
Nein. Dazu eine kleine Daumenpeilung:
1. Alu-Rahmen wiegen ungefähr 3/4 so viel wie vergleichbare Stahlrahmen. Diese Dimensionierung ergibt sich letztlich aus den Dauerfestigkeiten der beiden Werkstoffe. (Dies ist natürlich eine unwissenschaftliche Annahme, aber ein guter Startpunkt für die weitere Erklärung. Hier ist eine interessante Tabelle bezüglich Leichtbau mit verschiedenen Werkstoffen, Zitat folgt.)
2. Die Dichte von Alu ist 2.7 g/cm³, die von Stahl 7.6 g/cm³, d.h. der Alu-Rahmen hat ein um ca. 2 mal (0.75*7.6/2.7=2.1) größeres Materialvolumen.
3. Der E-Modul von Alu liegt bei 75 GPa, der von Stahl bei 210 GPa, d.h. Stahl ist ca. 3 mal steifer.
Ergebnis: Der Alu-Rahmen hat bei gleichen Rohrdurchmessern eine Steifigkeit, die nur 2/3 so groß ist wie die eines Stahlrahmens!
Wie steif ein Rahmen letztendlich ist, hängt hauptsächlich von den verwendeten Rohrdurchmessern ab. Die Biegesteifigkeit (genauer: Flächenträgheitsmoment) eines Rohres hängt nämlich (bei gleicher Wandstärke) in der vierten Potenz von seinem Durchmesser ab. Da der Alu-Rahmen volumenmäßig aus doppelt soviel Material besteht, können seine Rohre bei gleicher Wandstärke einen doppelt so großen Außendurchmesser haben. 2 hoch 4 ist 8, mal 2/3 ist ca. 5, d.h. ein solcher Alu-Rahmen wäre 5 mal so biegesteif wie der Stahlrahmen. Stahl lässt sich aber dünner ziehen als Alu. Die geringsten Wandstärken sind bei Stahl ca. 0.5 mm und bei Alu ca. 0.8 mm, d.h. wenn man Stahl und Alu-Rahmen in höchster Qualität (also geringster Wandstärke) vergleicht, so sind die Biegesteifigkeiten der Hauptrohre praktisch identisch!
Fazit: Wenn ein Rahmen steif oder flexibel ist, dann liegt das an der Dimensionierung der Rohre und nicht am Werkstoff an sich.
Zu diesem Thema hier ein Artikel von Bob Brown
Alu-Rahmen ermüden schneller als Stahlrahmen.
(Mail von Rob Schaller an tandem@hobbes: Last year someone sent a URL, a German URL as I seem to remember, that had the results of controlled testing to induce frame failure. I don't know all of the tech details of the experiement but I do remember some interesting results. Cannondales did not exhibit any signs of failure during the stress phase whereas some of the high-end steel framesets did. So that somewhat debunks the myth about AL frame failure. Keep in mind that all metals used in frame construction will fail some point in time. There are so many variables that will impact just how long a frame will last. The most important point I got out of the study was that the build process is probably the biggest factor in determining just how long a frame will last.)