So, liebe Leser, Weihnachten naht, und zumindest bis Neujahr hätte ich ganz gerne den Bahn- und Aerorahmen zusammengeleimt.Also ging es an diesem (leider verkürzten) Bastelwochenende ans Zusammenfügen der ersten Rohre.

Zuerst aber noch ein kleiner Nachtrag zum letzten Beitrag: Den Schrumpfschlauch sollte man vor dem Tempern der Rohre entfernen, nach dem Tempern bekommt man den nur noch unglaublich schlecht runter. Das habe ich vergessen zu erwähnen, aber Sebastian aka Coparni aka Carbonschmiede.de hat mich drauf aufmerksam gemacht. Danke Sebastian! Er hält übrigens den Uhu Endfest für merklich besser als den Epoxydkleber E von R&G - auch abgesehen von der Hydrolysebeständigkeit. Wo höchste Festigkeiten gewünscht sind, geht man also mit Uhu lieber auf Nummer sicher.

Da ich ja nun keine professionelle Rahmenlehre für diesen Rahmen verwenden will (was beim Steuerrohr übrigens noch einigermaßen Probleme machen wird- btw, ein Foto vom Steuerrohr mit Lagern habe ich natürlich vergessen zu machen...), wird also mit allerlei Unterlegern auf einer planen Holzplatte gebaut. Das kann so jeder nachmachen, die Kosten sind minimal. Die Holzplatte muss nur schön plan sein, das kann man mit einer Wasserwaage oder einer ähnlichen, absolut geraden Leiste/Brett/Stange kontrollieren. Für's Tretlager habe ich dann ein Loch in die Platte gebohrt und eine M12-Gewindestange durchgesteckt. Via Muttern und U-Scheiben kann man dann die Tretlagerhülse schön rechtwinklig auf die Ebene setzen und das Sitzrohr so fixieren. Die Detailzeichnung des Tretlagerbereiches habe ich einfach druntergeklemmt, das erleichtert die Ausrichtung der Rohre zueinander. Achso - entschuldigt die sehr mittelmäßigen Bilder - ich hatte meine Kamera diese Woche nicht dabei...

Fixierung der Tretlagerhülse auf der Holzplatte.

Die Klebung der Gewindehülse an das Sitzrohr habe ich ja letzte Woche bereits behandelt. Heute kommt noch das Oberrohr an das Sitzrohr. Da die Züge innen verlegt werden sollen (Aerodynamik, schön saubere Optik), ist jetzt die Frage, wie man das angeht. Der Bremszug für die Hinterradbremse geht also vorne durch eine Bohrung seitlich in's Oberrohr hinein (Foto vergessen zu machen, kommt in 2 Wochen nach!). Allerdings soll der Zug nicht wieder seitlich aus dem Oberrohr raus, sondern erst hinter dem Sitzrohr. Da liegt er zum einen im Windschatten des Sitzrohres, zum anderen verläuft er eben auch einfach länger im Rahmen, das dürfte der Optik zugute kommen. Der Zug soll in einem dünnen Carbonrohr laufen - so kommt keinesfalls Dreck an den Zug. Außerdem wird das Carbonrohr zumindest weitgehend durchgängig sein, sodass man einen neuen Zug einigermaßen gut durchfädeln kann, wenn man ihn nicht gleich mit dem alten Zug oder einem Faden durchziehen kann, weil man in der Eile den alten Zug einfach so herausgezogen hat. Wer einen Rahmen mit innenverlegten Zügen fährt, weiß vielleicht, wovon ich spreche.

Also musste erstmal eine Bohrung durch's Sitzrohr, von vorne nach hinten, Durchmesser ~4mm, und unter einem Winkel der 90°-Sitzwinkel entspricht, damit das Kohlerohr auch einigermaßen gerade im Oberrohr verläuft. Aussehen tut das dann so:

Zugverlegung durch das Sitzrohr, Führung im Oberrohr.

Über dieses Führungsröhrchen kommt dann das Oberrohr. Natürlich funktioniert diese Bauweise nur, wenn man einen ISP-Rahmen baut, oder wenn die Stütze robust genug ist, um in passender Höhe eine Bohrung zu setzen. Das Carbonröhrchen wird hinten natürlich noch abgeschnitten, aber erstmal muss da später noch der Hinterbau dran und die Muffe gewickelt werden - danach wird dann der Überstand entfernt.

Gut, das Oberrohr habe ich dann also in passender Höhe an das Sitzrohr gelegt, und dann mit 5-Minuten-Epoxy fixiert, genau wie bei der Tretlagerhülse. Das sah dann so aus:

Oberrohr am Sitzrohr fixiert. Unten: das Unterrohr.

Im folgenden Schritt habe ich dann die Übergänge ein bisschen mit einem gefüllten Kleber geglättet. Hierzu habe ich Kohlenstofffaserschnitzel (3mm lang, tolles Wort!), Thixotropiermittel (das neue bei R&G, soll sich besser vermischen - scheint mir auch wirklich weniger Klümpchen zu bilden) und gemahlene Kohlenstofffaser (0,2mm lang) mit Laminierharz vermischt. Die Füllstoffe ohne Harz habe ich dann auch mal fotografiert, das kennt vermutlich kaum einer der Nicht-Heimwerker hier vom sehen her. Übrigens, Bilderrätsel, bis zur nächsten Folge darf geraten werden, was das kleine rosa Teil ist, was auf dem Bild links rumliegt.

Füllstoffe für die Klebermasse

Der Kleber darf übrigens gerne ziemlich harzreich angerührt werden - das Thixotropiermittel macht das alles sehr zähflüssig, und mit viel Harz vermeidet man zu viele Lufteinschlüsse, die sich bei den 3mm-Kohleschnitzeln sonst gerne mal bilden, wenn man nicht verpresst. Damit habe ich dann also ein bisschen Kanten, Absätze und Radien geglättet. Im weiteren Fortgang kamen dann noch Rovings bzw. UD-Band als Schlaufen um die Tretlagerhülse bzw. um das Sitzrohr. Damit will ich Reservelastpfade schaffen, damit selbst im Falle eines Schadens an einer der Muffen noch Fasern da sind, die das ganze ein bisschen zusammen halten.

Kurzer Einschub an dieser Stelle:

In diesem Zusammenhang verwenden viele Hersteller auch Aramidfasern. Aramidfasern haben eine sehr hohe Bruchdehnung, ertragen hohe Lasten (allerdings ausschließlich auf Zug, während C-Fasern und Glasfasern auch Druck können!) und wirken sehr gut als Rissstopper (ein Riss im Harz wird meist gestoppt, wenn er die sehr zähe Faser erreicht). Man könnte also meinen, dass es in Hinsicht auf das Bruchverhalten sehr nützlich sei, Aramidfasern in Rohrknoten hineinzulegen. Dabei werden aber gerne die Probleme außer Acht gelassen, die man sich mit der Aramidfaser in's Bauteil holt:

Aramidfasern sind wie schon gesagt nur auf Zug beanspruchbar (bei Druck knicken die Fasern in sich, auch im Verbund mit Harz). Sie müssen aufwändig getrocknet werden, da Feuchte ihre Festigkeit deutlich heruntersetzt (dazu bräuchte man einen entsprechenden Ofen, der auch die Luftfeuchte auf extrem niedrige Werte reguliert, sowas besitze ich nicht, und ob alle Fahrradhersteller in China sowas einsetzen sei auch mal dahingestellt...). Die Verklebung von Faser und Matrix ist kritisch. Die Faser-Matrix-Haftung ist bei Aramidfasern meist deutlich schlechter als bei C-Fasern oder Glasfasern. Zwischenfaserbrüche können an der Grenzschicht von Faser und Harz oft schneller entstehen. Einen Rissstopper-Effekt kann man auch durch Schichtung von vielen dünneren Schichten C- oder Glasfasern erreichen, wenn ihre Winkel etwas streuen (+-5° hilft da schon, gerne natürlich auch mehr, sofern das technisch sinnvoll ist). Das Bruchverhalten ist in solchen komplex beanspruchten Bereichen wie es die Rohrknoten sind (hier wirken ja Spannungen in alle möglichen Richtungen, die Laminate enthalten auch meist mehr als nur 2 Faserrichtungen) sowieso eher günstig (sofern keine ultrahochmodularen Fasern verwendet werden), weil die Steifigkeit deutlich abnimmt, bevor alles auseinander reißt. Das merkt man also rechtzeitig. Alles in allem denke ich, dass der Aufwand, der betrieben werden muss, um Aramidfasern dort sinnvoll einzusetzen, eindeutig zu hoch ist, verglichen mit dem Nutzen. Ein gut gemachter Rohrknoten, rein aus C-Fasern (meinetwegen mit zwei unterschiedlichen Fasertypen, eine steife, eine mit viel Bruchdehnung) ist absolut ausreichend.

So, also die Schlaufen jedenfalls werden großflächig an die Rohre angeschlossen, in deren Richtung sie liegen. Damit ist eine gute Krafteinleitung über die Klebung gewährleistet.

Schlaufe, die Oberrohr und Sitzrohr verbindet. Darunter teils gefüllte Klebermasse.

Diese Schlaufen werden dann ein bisschen mit Abreißgewebeband umwickelt und dann ausgehätet. Für das Tretlager sieht das dann so aus:

Verpresste Schlaufe am Tretlager.

Da die Fasern in der Schlaufe sehr straff gezogen werden können, muss man dort nicht unbedingt pressen, weil sich die Luft von selbst größtenteils rausdrückt. Das habe ich damals immer bei den Sattelklemmen gesehen - die waren ja auch nur straff gewickelt, mit gut getränktem Roving, die Laminatqualität war immer einwandfrei. Das funktioniert also sehr gut. Natürlich sinkt der Faservolumengehalt, man schleppt etwas mehr Harz als nötig mit - da das aber nur die Schlaufen betrifft, macht das am ganzen Rahmen nicht viel aus.

Übrigens ist es günstig, den Faservolumengehalt etwas zu senken, wenn die Fasern rein auf Zug beansprucht werden - während man üblicherweise 60% Fasern einstellt, ist es in Hinsicht auf Ermüdungsbeanspruchung günstig, den Fasergehalt auf 50% zu senken. Natürlich muss die Fasermenge gleich bleiben, sie wird also nicht gesenkt, sondern es wird einfach mehr Harz verwendet. Dadurch liegen die Fasern etwas weiter auseinander im Verbund, es gibt weniger Fehlstellen, wo zwei Fasern direkt aneinander reiben. Sollte ein Filament (=einzelne Faser) reißen, dann wirkt sie auf die etwas weiter entfernte Nachbarfaser nicht so stark als Kerbe. Für alle anderen Beanspruchungen der UD-Schicht sollte man sich beim Fasergehalt aber besser bei ~60% bewegen!

Gut, das wäre es dann auch für heute. Nächstes Wochenende gibt es keinen Fortschritt, da muss ich endlich mein seit einer Weile abgeschlossenes Bachelorstudium feiern. Die nächste Folge dürfte es dann eventuell übernächste Woche geben, spätestens am 25.12. gibt es aber das fertige Steuerrohr, die Ausfallenden, das kleine rosa Teil vom Bild oben (na, schon eine Idee?) und vielleicht auch den Hinterbau als solches. Vielleicht kommt in der Zwischenzeit noch ein Beitrag von David zu seinem 2nd Ride - falls Ihr die Serie noch nicht kennt, die Einführung gibt es hier: Link, den ersten Teil dort: Link, weitere Teile natürlich im Archiv.

Bis dahin eine schöne Vorweihnachtszeit!

English summary:

Hi out there! First: sorry for the not-so-good pictures this week - I forgot to take my camera to the workshop, so I had to take a small camera. This Weekend I attached the toptube onto the seattube. I used a plain wooden board as a device for positioning the tubes. The BB was attached with a thread bar, which made a good rectangular alignment of the BB to the frames plane. The cable for the rear brake is installed inside the toptube, it's going in at the left side in just behind the steering tube and it goes out through the seattube. Therefore I had to drill a ~4mm hole in which I bonded a small carbon fibre tube as some kind of liner.

The edges of the cross sections are smoothened with some epoxy based glue. I used the L20/EPH161 as epoxy system, but filled it with Aerosil and two kind of milled carbon fibre - 3mm and 0,2mm length. It's relatively important to use enough epoxy to prevent too much cavities. After that, I laminated some nooses to prevent the tubes from getting apart if the lug cracks. This was done for the toptube/seattube-intersection as well as for the BB. I pressed the laminte partially with some peel-ply.

BTW, you see that small pink part on the left of picture no. 4? Have a guess what this is for! ;-)

The next episode will be around december the 18th or the 25th! Have a nice pre-christmas period!

So, weiter wieder mit dem Aero-Rahmen:

Diese Woche habe ich ein bisschen am Unterrohr weiter gemacht. Hier hatte ich ja noch Bilder vom verpressen via Schrumpfschlauch versprochen. Das sieht man ganz gut uaf dem Bild unten. Hier war das Rohr schon weitgehend fertig, es kam nur noch die letzte, äußere Schicht an Laminat drauf. Nach dem Schrumpfen wird ein kleines Stück Schrumpfschlauch auf das Ende geschoben und geschrumpft. Versucht man die komplette Länge aufzubringen, verschiebt sich das Laminat, die Faserwinkel stimmen nicht mehr, es gibt Unebenheiten etc., also alles, was man vermeiden will. Wenn man das Ende bereits mit Schrumpfschlauch auf den Kern bzw. das Rohr drückt, vieschiebt sich nichts mehr, die Fasern sind schön abgelegt wie gedacht (sieht man ja auf den anderen Fotos). Wichtig ist, viele Löcher mit einer Nadel in den Schrumpfschlauch zu stechen (das geht gut nach dem ersten Schrumpfvorgang). Dann kann das Harz und die Luft gut raus. Je mehr Löcher, desto besser, kann man sagen.

Rahmenrohr mit Schrumpfschlauch. Die Tropfen auf dem Schlauch sind überschüssiges Harz, das durch die Löcher abfließt.

Der Schrumpfschlauch ist selbsttrennend und lässt sich nachher einfach der Länge nach aufschneiden und abnehmen. Das Schrumpfen selbst nimmt man zweckmäßigerweise mit einem Heißluftfön oder einem Heizlüfter vor, auch über einer Kerze geht das, das ist aber aus Brandschutzgründen und wegen der Möglichkeit Harz zu verbrennen (sehr ungesund, die Dämpfe) nicht zu empfehlen. Auf jeden Fall sollte man beim Schrumpfen des Schlauches ein Atemschutzgerät mit A1-Filter tragen, unter Hitze entstehen doch deutlich mehr Dämpfe als bei der Verarbeitung des Harzes bei Raumtemperatur.

Ja, weiter geht's. Im letzten Beitrag habe ich ja schamlos Werbung für Uhu Endfest Plus gemacht. Hier noch als Nachtrag ein laut Datenblatt quasi äquivalentes Produkt, mit dem ich ebenfalls schon gute Erfahrungen gemacht habe, nämlich der Epoxydkleber E von R&G. Der hat den Vorteil billiger zu sein als der Uhu. Allerdings mag er kein heißes Wasser - da versagt die Klebung dann im Kochtest. Ich weiß allerdings nicht, ob das beim Uhu besser ist - habe das Datenblatt auch gerade nicht da. Das Zeug sieht jedenfalls so aus:

Epoxydkleber E.

Gut, jedenfalls habe ich mal die Tretlagerhülse, um die es ja auch im letzten Beitrag ging, an das Sitzrohr geklebt. Weil ich den Rahmen hier ja so bauen will, dass es jeder nachmachen kann, habe ich keine Vorrichtung gefräst und auch keine Rahmenlehre zur Hilfe genommen (die wird aber für den leichten Rahmen des eigentlichen Von-der-Faser-zum-Fahrrad-Fahrrades benutzt). Mittels rechtwinkliger Aluklötze, planen Platten und gerade Aluvierkantrohren (das Zeug bekommt man im Prinzip alles im Baumarkt und/oder Werkzeughandel) habe ich mit 5-Minunten-Epoxy die Hülse fixiert. Die Gehrung habe ich ja letzte Woche schon hergestellt, das war auch im letzten Beitrag beschrieben.

Fixierung der Tretlagerhülse am Sitzrohr.

Das scheint jetzt auch soweit gut funktioniert zu haben. Bei Rohren, die keinen Kreisquerschnitt haben, muss man natürlich auch aufpassen, dass das Profil richtig ausgerichtet ist.

Weiter mit dem Steuerrohr, das war ja das einzige noch nicht gebaute Rahmenrohr. Hier habe ich mich jetzt für die 1"-Gabel von Time entschieden - die schaut einfach stimmiger aus zum Rest, ein Foto davon gibt's dann weiter unten. Mir sind da zwei FSA-Steuersatz-Lager zugelaufen, Chromstahl, 45x45, 36er Durchmesser glaube ich, Bohrung ist jedenfalls 27mm. Die habe ich dann auf die Gabel gepackt, am Lagersitz unten habe ich mit Glasfasern aufgefüttert. Glasfasern, weil ich da sehr dünne Gewebe habe, mit denen sich das gut zentrisch und passgenau aufbauen ließ. Nachher noch ein klein wenig mit Schleifpapier drumherum, und schon saß das Lager einwandfrei. Oben habe ich einen Basaltfaserring laminiert und als Lagersitz zurechtgedreht (wollte einfach mal Basaltfasern ausprobieren, Kohlenstofffasern oder Glasfasern gehen da genauso. Hier habe ich natürlich eine Drehbank verwendet, die vielleicht nicht jeder zur Verfügung hat - aber normalerweise kann man sich den Steuersatz ja so aussuchen, dass keine solchen Arbeiten anfallen.

Lagerung im Steuerrohr.

Jetzt musste da natürlich ein Steuerrohr für einen integrierten Steuersatz drumherum gebaut werden. Der findige Bastler greift also zu dünnen Wachsplatten aus dem Bastelbedarf. Andere Leute verzieren damit Kerzen, aber als günstig via Ebay oder Bastelgeschäft zu erwerbendes, leicht formbares Material kann man damit auch Steuerrohre bauen. Dazu muss nur mit Wachsstreifen alles so aufgedickt werden, dass eine schöne Kontur dabei herauskommt. Die Lager lassen sich damit auch gleich abdichten gegenüber dem Epoxydharz, nicht, dass nachher das Lager voll mit ausgehärtetem Harz ist.

Steuerrohr mit Wachsplatten verkleidet.

Das Wachs hat den Vorteil, dass es selbsttrennend ist, sehr weich, sich also mit einem Spatel oder per Hand in Form drücken lässt, und auch gut dichtet. Diesen Wachskern und die Lager habe ich noch mit PVA-Trennmittel (Polyvinylalkohol, das ist eine Flüssigkeit, die man mittels Pinsel, Schwamm oder Lackierpistole aufträgt, und die zu einer Folie eintrocknet) behandelt, aber hauptsächlich damit die Lager nicht mit dem Laminat verbacken. Danach konnte Laminiert werden. Auch hier habe ich wieder mit Schrumpfschlauch verpresst. Als Fasern habe ich allerlei Rest verwendet, Toray T700 als 100g/m²-UD-Gelege, 400g/m²-6k-Köpergewebe, Kohleschlauch aus T300, was eben gerade anlag. Aufbau ist fast schon quasiisotrop, die Lagersitze sind zusätzlich mit Roving in Umfangsrichtung versteift.

Laminiertes und verpresstes Steuerrohr.

Die Gabelkrone muss natürlich auch eingetrennt werden, sonst hat man nachher alles mit der Gabel verklebt. Wenn das Laminat ausgehärtet ist, lässt sich wieder der Schrumpfschlauch abnehmen, außerdem kann man dann mit einer Säge die Überstände über/unter den Lagern mit etwas Reserve absägen. Dann muss man alles nur noch entformen und das Wachs herausholen. Das ging in den kleinen Abschnitten ganz gut mechanisch mit einem Schraubendreher, aber ausschmelzen müsste bei dem niedrigschmelzenden Wachs auch gut funktionieren. Leider konnte ich das Steuerrohr noch nicht ganz entformen, das wollte ich ihm nach 15h Härtezeit noch nicht zumuten. Das kommt dann nächste Woche.

Das grob besäumte Steuerrohr.

Nun gut. So viel zum Steuerrohr. Dann habe ich noch das Unterrohr teils auf Gehrung zum Tretlager gebracht. Das ist wie beim Sitzrohr auch passiert, diesmal habe ich aber noch ein paar Fotos gemacht. Wie üblich: zuerst die Mitte des Rohres mit einer Rundfeile "ankörnen", dann mit einem Schleifleinen-bewehrten Rohr die Gehrung ausarbeiten:

Markierung der Rohrmitte.

Schleifen der Gehrung.

Wichtig ist, hier mit nassem Schleifleinen zu arbeiten. Andernfalls hat man den gesundheitsschädlichen Kohlenstoffstaub überall, das juckt und ist eben auch für Bronchien und Lunge nicht so toll. Zweitens steigert das die Standzeit des Schleifmittels ganz erheblich. Hier muss man darauf achten, ordentliches, wasserfestes Schleifleinen zu kaufen. Das gibt's beim Werkzeughändler - kostet das Gleiche wie im Baumarkt, ist aber 3 Klassen besser.

Natürlich muss noch eine Gehrung angebracht werden, damit das Rohr auch an der Sitzrohr gut anschließt. Hier habe ich nur eine Markierung mit Kreppband angebracht, und grob mit einer Säge vorgeschnitten - die eigentliche Gehrung dort bringe ich nächste Woche an, dafür hat dieses Wochenende die Zeit nicht mehr gereicht.

Gehrung und Zeichnung des Rohrknotens.

Ja, das war dann auch alles, was ich dieses Wochenende gemacht habe in Bezug auf das Rad. Weiter geht's am nächsten Wochenende (zumindest mit Arbeit, aber ich habe leider nur wenig Zeit in der Werkstatt), und vor allem dann in der Uni-Winterpause. Mit einem Gesamteindruck (wo man auch die Time-Gabel im Zusammenspiel mit dem Rest sieht) verabschiede ich mich dann bis zur nächsten Folge!

Gesamteindruck des Rahmensets bisher.

English summary:

This episode is about various topics. On the first picture you can see how I compressed the laminate with a shrink hose. It's best if you put a little piece of the hose onto one end first and shrink it, then apply the rest of the hose - that way the fibres do not misalign. Another important thing is to prick many holes into the shrinking hose after shrinking it onto the laminate to let air and resin pass. After having that done you should shrink the hose again.

Then I also attached the BB shell onto the seat tube. It's just attached with some low grade glue (5 minutes epoxy), but it's just to fixate it. I did not use a professional device to get everything aligned, because everyone should be able to build a frame like this with things you have at home or could easily get at a hardware shop. The light frame for the original "From-the-fibre-to-the-bike"-bike will be bonded together on a adequate device.

In addition I did some work on getting the down tube matched to the BB and the seat tube - I think the pictures are speaking for themselves. Finally there is the picture above, where you can see all the tubes arranged - including the Time fork. You can see, that this fork matches the style of the frame, especially if the crown gets shaped with filler. Have a nice time until the next part!

Letzte Woche gab's die Schäden zu sehen, die der Rahmen meiner Wahl vom Vorbesitzer davon getragen hat. Sowohl das Oberrohr als auch das rechte Sitzrohr wiesen massive Schäden auf. In allen drei Fällen erstreckten sich die Risse auf ca. 75% des Umfanges. Insbesondere der obere Bruch an der Sitzstrebe hat mich vor der Reparatur ein wenig beschäftigt, da er direkt am Übergang zur Bremsbrücke(?) lag, also zum einen recht wenig Platz vorhanden war um zu schäften, zum anderen diese Stelle im Betrieb hoch belastet und natürlich sicherheitsrelevant ist, so dass hier auf Nummer sicher gearbeitet werden muss. Wie Julian in einem der letzten Berichte zum Fahrrad aus der Faser berichtete, werden Oberrohre und auch Sitzstreben in der Regel aus Laminaten aufgebaut, bei denen verschiedene Lagen unterschiedliche Funktionen übernehmen. Unidirektionale Fasern in Rohrlängsrichtung dienen dazu Zug- oder Druckspannungen zu übertragen, während Fasern die Schräg zur Rohrlängsrichtung verlegt werden Schub und damit Momente aufnehmen können. Die Reparatur der schadhaften Stellen erfolgte dann nach klassischer Manier.

1: Abkleben von Bereichen die nicht durch die Reparatur beeinflusst werden sollen

2: Abschleifen der Laminatteile die ersetzt werden sollen, dabei muss auf ein ausreichend hohes Schäftungsverhältnis geachtet werden.

3: Auftragen von Harz und Fasern

4: Mit Abreißgewebe alles fixieren

5: min 24 std. Warten

6: Abreißgewebe entfernen und anschließend glatt schleifen

7: Decklage aufbringen

8: Siehe Punkt 4 bis 6

9: Abschließend mit Harz einstreichen und je nach gewünschter Oberfläche das Ganze bedecken.

Oberrohr mit Flicken und mit Abreißgewebeband komprimiert.

Nun, für welchem Lamintaufbau habe ich mich entschieden? Beim Herausschleifen der schadhaften Stellen kann man in der Regel sehr gut erkennen in welche Richtung die Fasern der jeweiligen Schicht laufen. Bei beiden Rohren kamen neben der Decklage, die in bekannter 12k-Optik daherkam, vor Allem Fasern in einem niedrigen Winkel zum Einsatz. Ein solches Laminat eignet sich in erster Linie gut für Biege-, Zug- und Druckbelastungen, hat aber zusätzlich (begrenzt) Reserven zum Aufnehmen von Torsionsmomenten oder Schub wie er im Falle der Sitzstreben zwischen Ober- und Unterseite in Folge der Durchbiegung auftritt. Zur Erklärung sei erwähnt, dass die Sitzstreben des Heliums einen sehr flachen Querschnitt aufweisen, was vermutlich der vertikalen Nachgiebigkeit des Hinterbaus zu Gute kommen soll. Da ich den Rahmen noch nicht gefahren bin, kann ich leider noch nicht sagen, ob die Rechnung aufgeht ;-). Wie ersetzt man nun mit einfachen Mitteln ein solches Laminat? Prinzipiell bieten sich hier zwei Möglichkeiten. Entweder UD-Material (z.B. Bänder, oder entsprechende Streifen) in einem vergleichbaren Winkel abwechselnd ablegen, also z.B. +15°, -15°, -15° und abschließend wieder +15° zur Längsachse des Rohres. Oder man verwendet verschiedene Gelege/Gewebe um sein Ziel zu erreichen. In meinem Fall habe ich mich für letzteres entschieden. Als erste Lage wurde ein Streifen UD-Material in Längsrichtung (0°) abgelegt, hierauf kam dann ein AWV mittleren Faserwinkels (ca. 30°). Hierzu wurden ein entsprechendes, rechteckiges Stück in einem Winkel von 45° aus Köpergewebe geschnitten. Leinwand wäre im Falle von geraden Rohren auch möglich, Köper lässt sich aber ganz allgemein besser verschieben und drapieren, was eine leichtere Verarbeitung ermöglicht. Dieses Rechteck wurde nun ein wenig in die Länge gezogen, so dass sich die Fasern in einem flacheren Winkel wiederfinden. Bei einer solchen Lage sollte man darauf achten, dass sich die Enden im Umfangrichtung leicht überlappen, was bei reinen UD-Lagen in 0° natürlich nicht notwendig ist. Abschließend wurde wieder eine Lage UD aufgebracht.

Oberrohr nach der Reparatur.

Auf diese Weise ließen sich sowohl das Oberrohr (hier allerdings mit einer zusätzlichen Lage 0°), als auch der untere Bruch der Sitzstrebe recht problemlos „flicken“. Der obere Bruch der Sitzstrebe war aber, wie oben bereits erwähnt, direkt am Übergang von Sitzstrebe zur Bremsbrücke. Insbesondere Momente die durch das Bremsen entstehen, können unter Umständen nicht ausreichend aufgenommen werden. Die Lösung hier: schlicht steilere Faserwinkel, und um auf Nummer Sicher zu gehen, zwei Lagen Köper welches mit viel Geduld um den Übergang drapiert wird.

Sitzstrebe nach der Reparatur.

Ich muss zugeben, dass das Resultat, insbesondere am oberen Bruch der Sitzstrebe keine Schönheitspreise gewinnen wird...noch nicht. Prinzipiell ist der Rahmen so wohl wieder fahrbar, um aber auch ästhetischen Ansprüchen gerecht zu werden soll er in den nächsten Wochen vollständig entlackt und anschließend wieder neu lackiert werden. Bis dahin sollten dann auch die letzten Unebeneheiten in der Oberfläche verschwunden sein. Hier ein Bild vom aktuellen Status:

Der komplette Rahmen.

Herrje, da gerät man schon wieder aus dem Tritt, weil die Zeit zum schreiben knapp ist - naja, heute gibt's endlich wieder Neues:

Heute gebe ich mal einen kurzen Überblick darüber, warum seit nunmehr über 20 Jahren immer wieder Tretlagergehäuse an Carbonrahmen defekte aufweisen - und wie man es richtig macht. Außerdem geht's um das Auf-Gehrung-Bringen der Rohre des Aerorahmens.

Also, zunächst zum Tretlagergehäuse. Bie BB30 wird das ja jetzt hoffentlich teilweise etwas anders, weil man nicht mehr unbedingt eine Aluhülse braucht, und auch keine Lagerschalen einschrauben muss. Bei den klassischen BSA- oder ITA-Tretlagern ist das Problem aber wohlbekannt und leider immer noch weit verbreitet. Häufig lösen sich nach einiger Gebrauchsdauer die Alueinsätze bzw. die Aluhülse, je nach dem ob die Konstruktion einteilig oder zweiteilig ist.

Warum passiert das? Nun, im Grunde bauen die Hersteller sehr häufig kleine Batterien ins Tretlager. Viele kennen sicher noch den Versuch aus der Schule, wenn man zwei unterschiedliche Metalldrähte in eine Kartoffel, Zitrone oder dergleichen steckt, kann man zwischen den beiden Drähten eine elektrische Spannung messen. Das liegt daran, dass ein Metall edler ist als das andere - das unedlere Metall geht in Lösung, und die Metallionen wandern durch die Kartoffel zum edleren Draht, scheiden sich dort ab, und über die Verbindung zwischen den beiden Drähten (also außerhalb der Kartoffel) fließt ein Strom. 'Genau so funktionieren übrigens auch Batterien und Akkus. Das lässt sich aber auch noch mal auf Wikipedia nachlesen: Link 1, Link 2.

Etwas ganz ähnliches, nämlich ein Lokalelement, hat man auch bei Fahrradrahmen, wenn einige Grundregeln nicht beachtet werden.

Wird das Fahrrad nass (ganz besonders schlimm wirkt sich das natürlich im Winter aus, wenn man Salzwasser auf der Straße hat), werden Kohlenstofffasern und Aluminium durch das Wasser (Elektrolyt) leitend verbunden - da Kohlenstoff edler ist als Aluminium, geht das Aluminium in Lösung und wandert Richtung Carbon. Jetzt ist auch unmittelbar verständlich, warum dann die Hülse aus dem Rahmen bricht: Wenn man die mit dem Rahmen verklebte Aluminiumschicht an der Bauteiloberfläche auflöst, ist das Aluminiumteil natürlich nicht mehr mit dem Carbon verklebt. Und schon kommt einem die Lagerschale entgegen.

Man muss also die Aluminiumhülse elektrochemisch isolieren.

Glücklicherweise ist ein Laminat aus Glasfasern und Kunststoff ein hervorragender Isolator. Wenn man also zwischen Carbon und Aluminium eine ausreichend dichte Schicht Glasfaser-Kunststoff-Verbund bringt, passiert gar nichts mehr - die Klebung, wenn richtig ausgelegt, hält das ganze Fahrradleben lang. Die Aluminiumhülse zu eloxieren reicht übrigens nicht aus um die elektrochemische Korrosion zu unterbinden!

Das gilt übirgens genauso für lose Flaschenhaltergewinde, Zuganschläge usw. usf.. Eine Alternative sind rostfreier Stahl oder Titan - bei den beiden Materialien tritt keine nennenswerte Korrosion in Kombination mit Kohlenstofffasern auf, hier kann man sich die Gfk-Schicht sparen.

Wie setzt man das nun also um?

Die benötigten Materialien.

Zunächst einmal zur Einkaufsliste. Man benötigt eine Aluminium-Tretlagerhülse. Klar. Außerdem muss man sich bewusst sein, dass die allermeisten Laminierharze keine ordentliche Verklebung von Laminat und Aluminium zu Stande bringen. Deswegen muss das Aluminiumteil erst mit einem geeigneten Strukturkleber behandelt werden. Hierfür nehme ich gerne Uhu Endfest plus, der ist für die Verklebung von Metallen geeignet, alternativ bietet sich der Metallkleber E von R&G Faserverbundwerkstoffe an. Beide Klebstoffe sind zweikomponentige Epoxidharzsysteme. Natürlich muss das Aluminiumteil auch sauber und Fettfrei sein. Zyvax Surface Cleaner ist hierfür sehr gut geeignet, er entfettet nicht nur sehr stark, sondern er entfernt auch Silikonrückstände, Oxidschichten und sowieso jegliche Verschmutzung. Auf gute Belüftung des Raumes ist zu achten!

Wenn die Tretlagerhülse also gereinigt ist, wird sie mit dem Metallkleber eingestrichen. Dann wird das im Bild zu sehende Abreißgewebe aufgelegt (es geht natürlich auch Abreißgewebeband). Dieses dichte Nylongewebe lässt sich nach der Aushärtung des Klebstoffes wieder von Hand abreißen, es hinterlässt eine rauhe, staub- und fettfreie, aktivierte Oberfläche, auf die direkt weiter laminiert werden kann.

Abreißgewebeband und noch frischer Strukturklebstoff.

Hülse, nachdem das Abreißgewebeband heruntergerissen ist.

Nun wird mit Laminierharz ein Glasfasergewebe, oder, besonders gut handhabbar, ein Glasfasergewebeschlauch aufgebracht. Das Laminat wird dann ebenfalls wieder mit Abreißgewebe umwickelt, um später eine direkt klebbare Oberfläche zu haben. Das sieht dann im Grunde genauso aus, wie auf den beiden Bildern zuvor, da das Glasfaser-Epoxidharzlaminat transparent wird. Da ich auch das Abreißgewebe noch nicht abgerissen habe (sonst käme ja Stuab auf das Bauteil, das Abreißgewebe wird erst unmittelbar vor der Weiterverarbeitung des Bauteils entfernt), habe ich davon noch kein neues Foto gemacht - aber wie gesagt, sieht genau aus wie auf den vorigen Bildern, Foto kommt demnächst nach.

Wenn man also diese Vorgehensweise einhält, kann man sich sicher sein, dass elektrochemische Korrosion durch die Glasfaser-Epoxidharzschicht unterbunden wird, zum anderen ist die Klebung hoch beanspruchbar, weil zur verklebung jeweils abgestimmte Klebstoffe verwendet wurden.

Die Fahrradbranche ist diesbezüglich übrigens zwiegespalten - in Carbon-Hinterbauten mit Aluminium-Ausfallenden findet sich innen häufig eine Glasgewebeschicht, die den direkten Kontakt von Aluminium und Kohlenstofffaser verhindert. Bei Tretlagerhülsen (und aus praktikabilitätsgrunden auch bei Flaschenhaltergewinden und Zuganschlägen) wird praktisch immer auf diese Maßnahme verzichtet - mit den allseits bekannten Resultaten loser Tretlager, Flaschenhalter und Zugeinsteller. Außerdem wird häufig bei Tretlagern gar nicht genug Klebefläche zur Verfügung gestellt, um mit ausreichender Sicherheit ausreichend Festigkeit zur Montage der Lagerschalen zu gewährleisten. Dadurch wird die Klebung manchmal schon bei der Montage geschädigt, die Lagerschale bricht irgendwann im Betrieb (in dem gar nicht so große Beanspruchungen auf die Klebung wirken!) heraus. In diesen Fällen wurde wohl nur auf die Betriebsbeanspruchung gedacht, die Montagebeanspruchungen gerieten hier wohl etwas aus dem Blickfeld. Leider finden sich diese Probleme auch gerne bei namhaften Herstellern - der Hang zu völlig übertrieben aufgeblasenen Tretlagerbereichen macht ein flächiges Einkleben der Hülsen auch schwierig.

Aber gut, dem geneigten Selbstbauer, der nach dieser "Anleitung" arbeitet (oder Stahl- oder Titanteile verwendet), wird das ab sofort reichlich egal sein können. Und vielleicht besinnt sich nach über 20 Jahren des Carbonrahmenbaus doch noch der ein oder andere Hersteller der ordnungsgemäßen Gestaltung von Metall-Kohlenstofffaser-Epoxidharz-Kombinationen.

So, weiter geht's mit den Rohren, bzw. wie man sie auf Gehrung bringt.

Erst einmal muss man sich natürlich über die Geometrie klar werden. Ich habe mich hier an der Geometrie des Modell 5 von Andy Walser (www.walser-cycles.ch) orientiert.

Geometrie des vorderen Rahmendreiecks und Rohrknoten im Detail.

Dann längt man schon mal die Rohre ab. Das geht sehr gut mit einer Metallsäge mit scharfem Blatt und einer Gehrungslade:

Ablängen der Rohre.

Bei kreisrunden Rohren bietet es sich natürlich an, das Rohr im richtigen Winkel an eine Schleifscheibe passenden durchmessers zu halten. Bei beliebigen Querschnitten kann man das Rohr in einer Vorrichtung auf die Fräse spannen, und die Rohrenden damit passend bearbeiten. Das sind jedoch beides Varianten, die wahrscheinlich die wenigsten Radfahrer zur Verfügung haben. Einfacher geht es bei kreisrunden Rohren mit einem kleinen Programm: Tubemiter ist ein kostenloses Programm, in dem man einfach Winkel und Durchmesser der Rohre eingibt, und sich dann eine Papierschablone ausdruckt. Diese Schablone klebt man auf das Rohr, nun muss man nur noch das Rohr entsprechend der Schablone mit Dremel, Schleifpapier, Feile oder ähnlichem bearbeiten. Verwendet man nicht-runde Rohre, so wie es hier der Fall ist, kann man natürlich bei bekanntem Profilquerschnitt eine Abwicklung des Rohres mittels CAD-Programm erstellen, ausdrucken und als Schablone verwenden, äquivalent zu Tubemiter. Nun hat aber vielleicht auch nicht jeder der Leser zugriff auf ein CAD-Programm. Also kommt hier die absolut rustikalste, einfachste, aber nichtsdestotrotz gut funktionierende Variante zum Einsatz:

Das Rohr, an welches das zu bearbeitende Rohr anschließt, wird als passende Feile vewendet. Man legt einfach einen Streifen Schleifleinen über das Rohr, und feilt nun damit das anschließende Rohr zurecht.

Schleifen der Rohre.

Zuerst bietet es sich aber an, grob den Ausschnitt auf das Rohr zu zeichnen, und mit einer Feile vorzuarbeiten. Dann ist das Risiko geringer, dass man die Gehrung außermittig platziert. Man sollte aber beim Feilen und beim Schleifen ständig kontrollieren, ob man mittig am Rohrende arbeitet, die Winkel einhält und auch sonst keine Geometrieabweichungen verursacht.

Feilen der Rohre vorab.

Den richtigen Winkel der Rohre zueinander kann man übrigens gut mit den 1:1-Ausdrucken der Rohrknoten kontrollieren. Das sind die Detailzeichnungen, die im ersten Bild mit den Rahmenrohren in diesem Beitrag zu sehen sind.

Kontrolle des Winkels.

Die Gehrungen für die Tretlagerhülse ließen sich übrigens nach dem gleichen Prinzip herstellen, hier habe ich ein PE-Abflussrohr mit 40mm Durchmesser verwendet - das passte genau zu Hülse. Vorher muss man natürlich das Rohr anfeilen, damit man die mitte des Querschnitts trifft. Außerdem ist die Rechtwinkligkeit zwischen Tretlagerhülse und Rahmenrohr zu überprüfen - wenn die nicht sehr genau eingestellt ist, hat man das Gefühl, die Kurbel würde eiern.

Das war's dann auch für diese Woche von mir. David wird denke ich in den nächsten Tagen auch einen weiteren Teil seines 2nd Rides präsentieren. Ich verschwinde nächstes Wochenende vermutlich wieder mal kurz in die Werkstatt, dann gibt's wieder News. Bis dann, habt eine schöne Woche!

English summary:

Today I have to say something about the bottom bracket. Carbon bicycle frames are made for over 20 years now. And there are still problems with bottom brackets that get loose over the time. The reason for that is electrochemical corrosion. That's basically when you combine two different elements and a conductible liquid. You get a galvanic cell. For Details see Wikipedia. So basically you have to separate the two elements, aluminium and carbon fibre in this case, with a nonconductible material. This is easily possible using fibre glass composites. I first cleaned the aluminium shell with Zyvax Surface Cleaner, then applied a epoxy glue that has the ability to bond metal (the systems you use for laminating are not that good in bonding metals), in this case Uhu Endfest Plus. To get an acitvated, rough, clean and fat free surface I also applied a peel ply, that's fabric made of polyamide 6.6, you just can peel it off after hardening the resin. That's all shown in the pictures above. With this you have a surface on which the epoxy resin used for laminating gets a good adhesion. Now the glass fibre hose is laminated onto the aluminium shell and also wrapped with peel ply.

Another alternative not to get problems with electrochemical corrosion is to use stainless steel or titanium as metal parts.

It's interesting to see, that many manufacturers use fibre glass on the inside of the rear triangle of a frame, to avoid corrosion with the aluminium dropouts. But I have never seen fibre glass used at the bottom bracket - resulting in loose shells.

The second topic today is getting the tubes matching together. Using a geometry similar to the Walser Modell 5 I made some 1:1-sketches of the joint connections to control the angles of seat tube and head tube. I shortened the tubes with a usual metal saw. To get the right shape, I used the seat tube as template for cutting out the top tube: first I filed a shape similar to the seat tubes profile, to assure that the mitre is in the middle of the profile. Then I placed some sanding paper on the seat tube and grinded the top tube over it, resulting in a matching shape. You can see that in the pictures above. To get the shape of the bottom bracket I just used a tube with a 40mm-diameter.

I'll get back to my workshop next weekend, then I'll post some news again.