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Gewicht

Das Gewicht hat für ein Fahrrad zentrale Bedeutung, deshalb ist es immer sinnvoll, ein Fahrrad so leicht zu bauen, wie es sinnvoll möglich ist. Der Knackpunkt liegt hier natürlich im "sinnvoll". :-)

Die Bedeutung des Gewichtes schlägt sich auch in den Bewertungen durch die Fachzeitschriften nieder, oft auch kombiniert mit der Steifigkeit, dann als sogenannter STW-Wert. Beim STW-Wert schneiden schwerere Rahmen oft besser ab als leichtere. Doch warum ist das so? Um diese und andere Fragen über das Gewicht zu beantworten, muß man das Thema etwas weiter ausholend bearbeiten. Das Wort Gewicht benutze ich hier übrigens umgangsprachlich mehr oder weniger wie Masse.

Guckt man sich einen ungefederten Fahrradrahmen mal an, stellt man fest, daß er in der Regel aus einer Anzahl von Bauteilen besteht. Bei einem geschweißten Hardtail aus Aluminium sind das zB. drei Hauptrohre, vier Rohre im Hinterbau, ein Steuerrohr, eine Tretlagerhülse, zwei Ausfallenden und ein paar Kleinteile wie die Führungen für die Bowdenzüge oder die Einnietmuttern für die Flaschenhalter, dazu noch diverse cm Schweißnaht. Die Masse jedes einzelnen Teils geht voll in die Gesamtmasse des Rahmens ein, die Gesamtmasse des Rahmens ist ja die Summe aller Einzelteile (die Lackierung wird hier mal vernachlässigt). Aber manche Teile haben nur sehr geringen Einfluß auf die Steifigkeit des Rahmens, so wie sie von den Fachzeitschriften gemessen wird, zB. die Kleinteile, die Tretlagerhülse, die Ausfallenden, das Steuerrohr und die Schweißnaht. Die Rohre dagegen haben sehr großen Einfluß.

Entsprechend den Funktionen der einzelnen Bauteile ordne ich diese deshalb zwei Gruppen zu:

Haltende Masse: Die Bauteile halten Komponenten am Rahmen und haben eher geringen Einfluß auf die Steifigkeit und auch Haltbarkeit des Rahmens.

Arbeitende Masse: Die Bauteile sorgen für Steifigkeit, Haltbarkeit (Lebensdauer) und das Fahrgefühl. In der Regel sind das die Rahmenrohre.

Was bringt diese Einteilung in Gruppen für das Rahmengewicht? Erstmal nichts, aber es ist eine wichtige Information für den Rahmenentwickler und ist wichtig zur Beurteilung des STW-Wertes.

Dazu mal ein kleines gedankliches Spiel: Rahmen A wird in Taiwan von Hersteller XY mit dem leichten Rohrsatz M gemacht. Rahmen B bei demselben Hersteller und denselben anderen Bauteilen, aber mit dem schweren Rohrsatz N. Welcher Rahmen gewinnt nun beim Test des STW-Wertes? Es gewinnt Rahmen B, der zwar schwerer ist, aber das Mehrgewicht in Arbeitende Masse steckt. Das Verhältnis von Arbeitender Masse zu Haltender Masse ist also besser. Der Test des STW-Wertes bescheibt in diesem Fall also das Verhältnis von Arbeitender Masse zu Haltender Masse. Man sieht aber auch, daß das Gesamtgewicht des Rahmens insofern einen Einfluß hat, als daß sich mit höherem Gewicht auch eher ein hoher STW-Wert erzielen läßt. Und es macht deutlich, daß man mehrere STW-Werte mehrerer Rahmen eigentlich nur vergleichen kann, wenn mindestens einzelne Faktoren wie bestimmte Bauteile oder das Gewicht gleich bleiben: Sind zwei Rahmen gleich schwer, bedeutet der höhere STW-Wert auch ein besseres Verhältnis von Arbeitender zu Haltender Masse. Das aber auch nur, wenn der Rahmenentwickler überhaupt mehr Steifigkeit wollte. Bleibt die Steifigkeit trotz des besseren Verhältnis von Arbeitender zu Haltender Masse gleich, drückt sich das im STW-Wert nicht aus. Das ist zB. der Fall, wenn der Rahmenentwickler keine höhere Steifigkeit, aber eine höhere Lebensdauer erreichen wollte und deshalb moderate Rohrdurchmesser mit höherer Wandstärke verwendet. Es ist also alles nicht so simpel, wie es auf den ersten Blick aussieht.:-) Und das ist das gefährliche an solchen Tests, die einfach die komplexe Wirklichkeit nicht abbilden können.

Nach obigem Beispiel wird deutlich, daß einzelne Tests nicht sehr aussagekräftig sind, sondern eher das Verhältnis von Arbeitender Masse zu Haltender Masse zählt. Und das es in jedem Fall Sinn macht, die Haltende Masse zu reduzieren. Denn Arbeitende Masse bedeutet ja Steifigkeit und Lebensdauer, beides Dinge, die man möchte, in welchem Verhältnis auch immer. Also reduzieren wir einfach mal die Haltende Masse:

Als Beispiel für haltende Masse hier mal Tretlagergehäuse. Ein Teil, daß selten reißt, also selten die Lebensdauer eines Rahmens beschränkt.

	Standardgehäuse Stahl: 144g
	Standardgehäuse Aluminium: 107g

So sehen die serienmäßigen Tretlagergehäuse aus Stahl und Aluminium aus. Der große Gewichtsunterschied zeigt deutlich, warum Stahlrahmen schwerer sind als Aluminiumrahmen. Das Mehrgewicht liegt hauptsächlich in der haltenden Masse und in Rohrbereichen, die komplex beansprucht werden. Also nicht rein auf Zug, Druck oder Biegung, sondern eher auf Beulen oder Knicken. In diesen Fällen spielt die Materialfestigkeit eine untergeordnete Rolle und das Elastizitätsmodul ist die wichtigste einfließende Größe. Natürlich ist das Elastizitätsmodul von Aluminium nur rund ein Drittel dessen von Stahl, aber das kann meist leicht durch eine Erhöhung der Wandstärken ausgeglichen werden. Der Knackpunkt ist nun, daß eine Wandstärkenerhöhung auf den 1,44fachen Wert dessen von Stahl ausreicht, um die gleiche Sicherheit gegen Beulen und Knicken zu erreichen. Und eine Aluminiumplatte mit der 1,44fachen Stärke einer Stahlplatte wiegt eben nur rund die Hälfte der Stahlplatte. Daß das ziemlich genau so funktioniert, zeigt auch ein Blick auf die üblichen Dicken hinterer Ausfallenden: Zwischen 9mm und 6mm, üblichen Dicken von Aluminium- und Stahlausfallenden liegt der Faktor 1,5.

Ein ähnlicher Faktor ist auch beim Vergleich der Wandstärken der abgebildeten Tretlagergehäuse zu errechnen: Zwischen einem Tretlagergehäuse aus Stahl mit Außendurchmesser 39mm und einem aus Aluminium mit 41,3mm liegt der Faktor bei rund 1,6.

Wer den Eindruck hat, daß die Tretlagergehäuse ziemlich schwer sind, hat Recht. Sie sind schwer. Deshalb verwende ich sie im Serienzustand eigentlich nur bei Tandems. Für alle anderen Räder werden die Tretlagergehäuse von mir bearbeitet und erleichtert. Eine Stelle, an der man viel Gewicht sparen kann, ohne daß der Rahmen weniger steif wird oder sich die Lebensdauer verringert.

Hier Stationen der Erleichterung und Einsatzbeispiele:

	Stahlgehäuse innen ausgedreht, zB für Softtails. Das Gehäuse muß für die Schwingenlagerung eine gewisse Wandstärke behalten.
	Stahlgehäuse innen und außen abgedreht. Zum Beispiel für Hardtails. 40 Gramm Ersparnis gegenüber dem Standardteil.
	Aluminiumgehäuse innen und außen abgedreht für Softtails. Die Wandstärke ist moderat reduziert, da das Gehäuse die Schwingenlagerung aufnehmen muß.
	Aluminiumgehäuse innen und außen abgedreht für Hardtails oder vollgefederte Räder, die die Schwingenlagerung nicht am Tretlager befestigt haben. 46 Gramm Ersparnis gegenüber dem Standardteil.

Warum nun sind die Tretlagergehäuse serienmäßig so schwer, wenn es doch so einfach ist, hier Gewicht zu sparen, ohne Nachteile zu haben? Der Grund liegt natürlich in den Kosten, und zwar auf mehrfache Weise:

Erstens ist es teurer, zusätzliche Drehoperationen auszuführen. Das Billigste ist, einfach in ein Stück Rohr Gewinde zu schneiden und ein fertiges Tretlagergehäuse zu haben.

Zweitens ist der Bau des Rahmens billiger, wenn ein dickwandigeres Tretlagergehäuse benutzt wird: Man hat weniger Verzug beim Schweißen und braucht deswegen weniger Sortfalt walten zu lassen. Oft spart man es sich dadurch sogar, nach dem Schweißen die Gewinde nachzuschneiden und die Stirnseiten nachzufräsen. Wenn das nicht hundertprozentig gemacht ist, ist das eher ein Problem des Innenlagers als des Rahmens, betrifft den Rahmenhersteller also nicht direkt.

Es kann für einen kostenorientierten Rahmenhersteller also sinnvoll sein, eher dickwandigere Anbauteile zu verwenden. Das spart sowohl bei der Verarbeitung als auch bei der Nacharbeit. Ein niedriges Gewicht kann dann durch dünnwandige Rohre erreicht werden, die aber zur Erreichung einer ausreichenden Lebensdauer einen großen Durchmesser haben müssen. Allerdings hat dieser große Durchmesser sogar noch Vorteile beim Test der Fachzeitschriften: Ein hoher STW-Wert wird erreicht, weil die großen Durchmesser den Rahmen sehr steif werden lassen.

Ich bemühe mich eher, möglichst viel Gewicht an den Anbauteilen der Haltenen Masse zu sparen. Das ist zwar aufwendig und dadurch teurer, aber erlaubt es, mehr Gewicht in die Rohre des Rahmens zu stecken. Dadurch kann man Rohre mit dickerer Wandstärke und geringerem Duchmesser verwenden. Die dickere Wandstärke sorgt für lange Lebensdauer. Auch deshalb, weil in Unfallsituationen die Rohre komplex durch Beulen und Knicken beansprucht werden, eine größere Wandstärke hat hier einfach Vorteile vor dem größeren Durchmesser. Bei einer Fahrt frontal gegen einen Baum ist das zum Beispiel der Fall.

Ich bin auch der Meinung, daß heutige Aluminiumrahmen in der Regel zu steif sind, auf jeden Fall dann, wenn es um ungefederte Räder geht. Vor allem bei längeren Fahrten macht sich das bemerkbar, gerade bei Renn- und Tourenrädern, die auf Asphalt bewegt werden. Auch aus diesem Grund halte ich es für sinnvoller, mehr Aufwand zu treiben und dafür ein komfortableres Rad zu erhalten.

Bei gefederten Rädern ist das Thema Gewicht ähnlich zu behandeln wie bei ungefederten, mit einer Ausnahme: Es gibt erheblich mehr Teile der Gruppe Haltende Masse, zum Beispiel die ganzen Kleinteile der Federung, die entsprechenden Achsen usw. Zudem sind die Unterschiede zwischen verschiedenen Rädern erheblich größer, es ist ja ein Riesenunterschied, ob ein Rad 70mm oder 170mm Federweg hat.

Auch bei gefederten Rädern ist meine Devise eher, Gewicht bei den Anbauteilen, der Haltenden Masse, zu sparen. Um das zu erreichen, verwende ich keine Standardbauteile. Für jedes Rad wird jedes Teil optimal konstruiert und einzeln angefertigt. Es ist einfach ein Unterschied, ob eine Fahrerin mit 50 Kg oder ein Fahrer mit 100 Kg Gewicht auf dem Rad sitzt. Da macht es keinen Sinn, für beide dieselben Ausfallenden, Tretlagergehäuse, Umlenkhebel, Dämpferaufnahmen oder Lagersitze zu verwenden.

Damit möchte ich es beim schier endlosen Thema Gewicht und was damit zusammenhängt erstmal belassen. Ich habe hoffentlich deutlich gemacht, daß es nicht reicht, einen Rahmen auf die Waage zu legen, um dessen Qualitäten zu beurteilen.