Aluminium
Aluminium ist ein Leichtmetall, das für viele Fahrradteile eingesetzt wird. Das spezifische Gewicht beträgt mit 2,7 g/cm³ etwa ein Drittel des vonStahls (7,85 g/cm³). Die Festigkeit ist stark legierungsabhängig, im Allgemeinen jedoch niedriger als die von Stahl, so dass Aluminiumteile im Vergleich zu Stahlteilen größer dimensioniert werden müssen. Auch die Steifigkeit beträgt mit einem E-Modul von 70 000 MPa nur ein Drittel der von Stahl (210 000 MPa).
Bei allen qualitativ hochwertigeren Fahrrädern werden Kurbeln, Kettenblätter, Felgen, Lenker, Vorbauten, Bremsen- und Schaltwerkteile aus Aluminium gefertigt. Aluminium ist aufgrund seiner geringen Festigkeit nicht für Speichen, Züge oder unter hohem Druck stehende Gewinde geeignet.
Verschiedene Aluminiumlegierungen und -aufbereitungen werden mit einem numerischen Code versehen - dies wird genauer im Artikel Aluminium/Details erklärt.
Dieser Code gibt Auskunft darüber, welches andere Metall mit Aluminium gemischt wurde. Reines Aluminium ist nicht besonders fest. Wenn man Silizium, Magnesium, Zink, Kupfer oder anderes hinzufügt, wird das Ergebnis wesentlich härter.
Die erste Ziffer teilt mit, zu welcher Familie die Legierung gehört (nach DIN EN 573-3 und 573-4):
- 1xxx Industrielles Aluminium (mehr als 99% Al)
- 2xxx Kupfer
- 3xxx Mangan
- 4xxx Silizium
- 5xxx Magnesium
- 6xxx Magnesium und Silizium
- 7xxx Zink
- 8xxx Andere
Die 3 nächsten Ziffern können in einer Tabelle nachgeschaut werden und geben Auskunft über die Menge und wie gut das Ergebnis ist. Dabei gibt die Zahl keine Auskunft über die eigentliche Menge der Inhaltsstoffe, die benutzt werden. Das ist anders als bei Stahl, wo die Zahlen Auskunft über den Carbonanteil geben (1020, 4130 oder 4340 (ASTM Norm)).
Falls dem Code noch eine Folge wie -T6 folgt, wird damit über die Wärmebehandlung Rechenschaft abgelegt. Die richtige Durchführung der Wärmebehandlung ist entscheidend für die Festigkeit des Rahmens. Bei den meisten Aluminiumrahmen wird dieser Prozess nach dem Schweißen des Rahmens erneut durchgeführt, da die Hitze des Schweißens das Material schwächt. Wärmebehandlung läuft normalerweise wie folgt ab: zuerst wird der Rahmen nahe an den Schmelzpunkt erhitzt (480-540 Grad Celsius, Schmelzpunkt liegt bei rund 600 Grad Celsius), die Hitze wird eine halbe bis zwei Stunden lang beibehalten, dann wird der Rahmen blitzartig abgekühlt (z.B. in Wasser getaucht). Dieser Vorgang wird als Lösungsglühen bezeichnet. Dann wird der Rahmen nochmal zwischen 125°C und 175°C 4-70 Stunden lang ausgelagert.
- Schlüssel für die Wärmebehandlung (nach DIN EN 515)
| Zustand | Bedeutung |
|---|---|
| F | Herstellungszustand (keine Grenzwerte für mech. Eigenschaften festgelegt) |
| 0 | Weichgeglüht |
| W | Lösungsgeglüht (instabiler Zustand) |
| T1 | Abgeschreckt aus der Warmumformungstemperatur und kaltausgelagert |
| T2 | Abgeschreckt aus der Warmumformungstemperatur, kaltumgeformt und kaltausgelagert |
| T3 | Lösungsgeglüht, kaltumgeformt und kaltausgelagert |
| T4 | Lösungsgeglügt und kaltausgelagert |
| T5 | Abgeschreckt aus der Warmumformungstemperatur und warmausgelagert |
| T6 | Lösungsgeglüht und warmausgelagert |
| T7 | Lösungsgeglüht und überhärtet (warmausgelagert) |
| T8 | Lösungsgeglüht, kaltumgeformt und warmausgelagert |
| T9 | Lösungsgeglüht, warmausgelagert und kaltumgeformt |
Die unterschiedlichen Legierungen unterscheiden sich in Ihrer Zugfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schweißeignung, Biegsamkeit und Verarbeitbarkeit. Die Dichte der Legierungen unterscheidet sich dabei höchstens um fünf Prozent. Dabei bleibt die Steifigkeit unverändert.
Jede der Aluminiumlegierungen hat ihre Vor- und Nachteile. Ob eine Eigenschaft gut oder schlecht ist, ist von Anwendungsfall zu Anwendungsfall unterschiedlich. Einige sehr harte Legierungen können nicht geschweißt werden und sind somit nicht für den Rahmenbau geeignet, dafür sind sie perfekt für Kettenblätter geeignet. Manche sind nicht so hart, aber dafür flexibler und brechen nicht so leicht. Eine Legierung mag teurer in der Herstellung sein, dafür ist der Wärmebehandlungsprozess günstiger. Beim Zusammenschrauben oder Kleben kann man die Legierungen mischen. Beim Schweißen ist das nicht immer möglich. Doch kann man in der Wärmebehandlung ähnliche Legierung durch die Wahl eines geeigneten Schweißzusatzwerkstoffes verschweißen. Und die beim Schweißen entstandenen Festigkeitseinbußen durch anschließende erneute Wärmebehandlung wieder herstellen.
Es ist die Aufgabe des Konstrukteurs, die richtige Legierung auszuwählen. Wenn richtig gewählt wurde, kann auch ein nicht sonderlich exotisches Material perfekt sein. Bei falscher Wahl kann auch eine besonders exotische Legierung brechen.
Siehe auch
- Rahmenmaterialien für den Reiseradfahrer
- Schmieden, Gießen und CNC-Fräsen
- Aluminium/Details - Detaillierte Informationen über Aluminium
- Aluminium von Scott Nicol auf der Velo-News Tech Site (englisch)
Quellen
Dieser Artikel basiert auf dem Glossar von der Website Sheldon Browns. Der Originalautor des Artikels ist Sheldon Brown.
