Aluminium: Unterschied zwischen den Versionen

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Aluminium ist ein Metall, das für viele Fahrradteile eingesetzt wird. Es ist leicht und rostet nicht. Bei gleichem Gewicht ist es nicht so haltbar wie Stahl aber bei gleichem Volumen wiegt es ungefähr nur 1/3 des Gewichts von Stahl. Aluminium ist eines der am besten geeigneten Materialen für Rahmen.  
Aluminium ist ein Leichtmetall, das für viele Fahrradteile eingesetzt wird. Das spezifische Gewicht beträgt mit 2,7 g/cm³ etwa ein Drittel des von[[ Stahl]]s (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.
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.
Aluminium ist nicht für Speichen, Kabel oder unter hohen Druck stehenden Gewinde geeignet.


In Nordamerika wird gerne eine Silbe ''weg gelassen'' und man spricht dort von ''Aluminum''.
Verschiedene Aluminiumlegierungen und -aufbereitungen werden mit einem numerischen Code versehen - dies wird genauer im Artikel [[Aluminium/Details]] erklärt.
 
Verschiedene Aluminiumlegierungen und -aufbereitungen werden mit einem numerischen Code versehen - dies wird genauer im Artikel [[Schmieden, Gießen und CNC-Fräsen]] 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.
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:
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)
#        1xxx Industrielles Aluminium (mehr als 99% Al)
#        2xxx Kupfer
#        2xxx Kupfer
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#      8xxx Andere
#      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 Karbonanteil geben (1020, 4130 oder 4340).
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 Hitzebehandlung Rechenschaft abgelegt. Die richtige Durchführung der Hitzebehandlung ist kritisch für die Festigkeit des Rahmens. Bei den meisten Aluminiumrahmen wird dieser Prozess nach dem Schweißen des Rahmens durchgeführt, da die Hitze des Schweißens das Material schwächt. Hitzebehandlung 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) dann wird der Rahmen nochmal bei rund 180 Grad Celsius 8 Stunden lang gebacken.
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.


Die unterschiedlichen Verbindungen unterscheiden sich in Ihrer Zugbelastbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schweißkompatibilität, Biegsamkeit und Verarbeitbarkeit. Die Dichte der Verbindungen unterscheidet sich dabei höchstens um fünf Prozent. Dabei bleibt die Festigkeit unverändert.
;Schlüssel für die Wärmebehandlung (nach DIN EN 515)
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!Zustand
!Bedeutung
|-
|F
|Herstellungszustand (keine Grenzwerte für mech. Eigenschaften festgelegt)
|-
|0
|Weichgeglüht
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|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 [[Legierung]]en 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 Aluminiumverbindungen hat ihre Vor- und Nachteile. Ob eine Eigenschaft gut oder schlecht ist, ist von Anwendungsfall zu Anwendungsfall unterschiedlich.  Einige sehr harte Verbindungen 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 Verbindung mag teurer in der Herstellung sein, dafür ist der Hitzebehandlungsprozess günstiger. Beim Zusammenschrauben oder Kleben kann man die Verbindungen mischen. Beim Schweißen wäre das nicht möglich, da das gleiche Füllmaterial benötigt wird und der gleiche Hitzebehandlungsprozess von Nöten ist (z.B kann man nicht 6061 und 7005 in einem Rahmen gleichzeitig verbauen).
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 Planers die richtige Variante auszuwählen. Wenn richtigh gewählt wurde, kann auch ein nicht sonderlich exotisches Material perfekt sein. Bei falscher Wahl kann auch eine besondere exotische Verbindung brechen.
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
*[http://www.greatoutdoors.com/velonews/tech/archive/metallurgy/aluminum.htm Aluminium von Scott Nicol auf der Velo-News Tech Site (englisch)]


==Externe Links==
[http://www.greatoutdoors.com/velonews/tech/archive/metallurgy/aluminum.htm Aluminum von Scott Nicol auf der Velo-News Tech Site (englisch)]


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Aktuelle Version vom 17. Februar 2017, 10:43 Uhr

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):

  1. 1xxx Industrielles Aluminium (mehr als 99% Al)
  2. 2xxx Kupfer
  3. 3xxx Mangan
  4. 4xxx Silizium
  5. 5xxx Magnesium
  6. 6xxx Magnesium und Silizium
  7. 7xxx Zink
  8. 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


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Quellen

Dieser Artikel basiert auf dem Glossar von der Website Sheldon Browns. Der Originalautor des Artikels ist Sheldon Brown.


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